基于ARM64 与X86 混合云的NFV 媒体服务器并发性能对比测试研究*

陈 杨，刘 作，龙俊霖，黎 聪

（广西东信易通科技有限公司，广西 钦州 535000）

0 引言

中央处理器（Central Processing Unit/Processor，CPU）作为智能设备的大脑，处于服务器的绝对核心地位，负责运行指令的加载、编译及运行。由于它的发展具备长期迭代性，形成了一系列的高入标准，故被誉为电子行业最难攻破的制高点。目前，国际上服务器应用领域主流CPU 仍是Intel 与AMD，而国产CPU 发展起步于20 世纪50 年代，在国家成立之初便将半导体行业列为国家级新技术重点发展举措。20 世纪80 年代，由于推行完全市场化政策，而芯片自主性较低，发展受到限制。21世纪以来，国产CPU 利好的政策不断推出，发展至今已初具规模，但相对于互联网应用发展尚存在较大差距，需要不停追赶。

典型的国产服务器芯片厂商诸如鲲鹏、申威、龙芯以及飞腾等都发布了国产化芯片，可以根据指令集体系划分为复杂指令集CISC 和精简指令集RISC 两个流派。其中，复杂指令集CISC 基于X86架构，国内应用厂家有兆芯和海光；精简指令集RISC 包括ARM 架构、Alpha 架构和MIPS 架构，国产应用厂家有鲲鹏、龙芯、申威及飞腾等。

X86 的生态体系发展至今已经非常成熟，尤其在服务器芯片领域明显优于ARM。但是，由于X86版权及指令集不会完全授权出售，ARM 架构虽然生态尚未成熟，但是由于已经授权了指令集，因此ARM 在移动设备上具有天然优势，同时具备开放指令集与软件开发活跃度。目前，ARM 是发展国产化芯片的必然趋势。

媒体网关作为衔接异构网络媒体的核心设备，在当前国际形势下需要形成完全自主研发的技术与条件。随着5G 的到来，万物互联对媒体互通形成了海量需求。网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）作为5G 的核心关键技术之一，需要将传统专用网关实现软化动态部署。综上所述，软化媒体网关与国产化服务器的适配及研究是未来发展趋势。

1 NFV 与容器云相结合

1.1 NFV 与媒体网关

NFV 的提出及发展是站在使通信网络更加灵活的角度出发，将传统的通信网络专用硬件实现软硬件解耦，与云平台相结合，在集群与负载均衡方面实现动态扩容及伸缩。NFV 虚拟化环境下部署的软化媒体网关，其测试评估的主要功能包括支持多种编解码和编码转换、话路接续能力、支持高并发能力、形成语音和通知流（任何多媒体文件）、协议转换以及多媒体流录音能力等[1]。

1.2 容器云

云是计算、存储与网络3 大资源的网络化，可以无限横向扩展的超巨型资源池。容器技术是云计算发展的趋势，致力于将云资源池与App 应用衔接，通过整合部署所需最小化镜像，实现动态部署、弹性伸缩与扩容。容器云技术的显著优势包含高资源利用率、标准化和可移植。

在高资源利用率方面，相较于传统虚拟机直接部署模式，容器可以节约CPU 和内存利用率约75%，且减少了虚拟化Hypervisor 层的开销。目前主流用法与建议是CPU 与vCPU 比例为1:1～1:3。当达到3:1～5:1 时，可能会引发性能下降；超过6:1，则通常会引发问题[1]。

标准化和可移植体现在能够进行低风险的快速部署与应用移植，而用户无感知。基于容器化原生应用自带操作系统，随时随地可以运行。由于它具备高度一致性，可以从测试直接同步到生产环境，而忽略版本不一致所导致的各种衍生问题。

1.3 结合优势

通信服务应用存在着潮汐性峰值。在业务高峰期，需要大量的系统资源满足承载业务量的需求。但是，在业务低谷期，大量的系统资源又处于闲置状态。承载通信服务的容器云资源池需要能够根据各业务的事实流量，弹性调配系统资源。容器是以应用为中心的虚拟化环境，与编程语言、技术栈无关，比传统PaaS 灵活。它对应用的支撑也比底层平台多，可以发挥微服务架构的优势。同时，容器是基于轻量级虚拟化的技术，天生具有高密度特性，可以更加高效地使用资源。NFV 是5G 的两大核心技术之一，采用容器作为NFV 虚拟化技术能够更加高效地实现系统切面的形成，提高生成效率。

2 基于异构服务器的媒体网关性能对比测试

2.1 测试性能指标与流程

基于异构网络的NFV 虚拟化环境下部署的NFV 化媒体网关，主要测试指标及内容包括相同通话话路并发下的CPU 性能、内存性能、网络IO 性能对比以及并发瓶颈限制等。图1 为本文既定测试框架，流程分为搭建基础环境、NFV 虚拟化功能网元部署及数据分析3 部分[2]。

图1 测试框架流程

2.2 测试平台搭建

测试平台搭建主要任务划分为异构服务器上架部署与纳入容器化平台管理。其中：X86 指令物理机采用华为RH2288H V3 服务器；ARM64 指令集物理机采用华为TaiShan2280 12LFF 服务器。具体配置见表1[3]。

表1 异构私有云搭建配置

基于表1 中所属配置进行NFV 虚拟化功能网元平台搭建，即VNF 应用部署，如图2 所示。其中，Hypervisor 虚拟化层采用容器，将Application 应用进行容器化改造，通过K8S 将X86 与ARM64 服务器纳入容器平台管理，通过Docker 将应用进行容器化改造与部署。文中主要异构NFV 软化部署媒体服务器后的并发性能对比，录音与非录音情况对比[4]。系统的部署拓扑图，如图3 所示。

图2 异构基础设施的容器云平台

图3 测试系统组网拓扑

2.3 测试结果分析与结论

虚机配置如表2 所示，基于G.711 格式媒体及wav 的录音格式进行压测，以50 并发为粒度进行并发递增。

表2 容器宿主机配置及软件部署

如图4 所示，压测数据结果显示，内存、网卡IO 性能相差较小。性能主要集中于CPU 性能，当并发处于50～150 时，ARM64 需要额外增加30%左右的CPU 性能；当高于150 并发时，ARM64 指令集处理器与X86 指令集处理器性能趋于相近，性能相差低于10%。由测试数据可以得出，在4vC8G内存配置下，当并发数超过150 时，ARM64 与X86性能相差较小；ARM64 架构服务器在承载并发50跳跃到100 时，性能损耗增加20%左右，并将使用率提高至80%。当高于80%CPU 利用率后，会存在呼损情况，实际承载性能鲲鹏916 为E5-2683 v4的50%左右，故建议4vC8G 配置下，ARM64 架构容器组承载峰值限制在100 并发。

1985年前，美国的天然气运营模式是生产商把天然气销售给管道运输公司，管道运输公司则销售给地方输配公司，再经地方输配公司把天然气销售给最终用户。天然气的销售价格由联邦政府控制，经地方输配公司销售给最终用户的价格由地方政府机构控制。管理机构几乎控制着天然气工业的各部分。国家不仅对具有自然垄断特性的管道输送部分进行管理，还对天然气工业的竞争部分进行管理（例如生产和批发供应）。国家的严格管理使天然气公司承受了很大的压力，也使天然气价格和消费部分处于畸形发展之中。对天然气生产商的过度管理导致20世纪70年代美国天然气供应缺乏。该工业结构封闭式地运作自然形成垄断，引发之后天然气工业结构的调整。

图4 性能对比数据

3 结语

NFV 架构是5G 发展的两大核心技术之一。ARM64 指令集处理器是国产化服务器的最重要的分支[5]。本文基于ARM64 与X86 制定搭建异构网络测试框架，在搭建的虚拟化容器管理平台上进行VNF 虚拟化功能网元部署与测试，通过逐步增加并发话路方式进行异构处理器压力测试。通过对结果数据进行分析，得出对比测试结论，可为NFV 基础设施国产化提供参考。