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raysonx
V2EX  ›  PHP

优化 PHP 大文件下载速度至万兆,让 Nextcloud 支持万兆网络

  raysonx · 2019-04-15 01:11:02 +08:00 · 20958 次点击
这是一个创建于 2048 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

背景

最近在 HP Microserver Gen8 上重新搭建了 Nextcloud (在虚拟机里面容器里,基于 PHP 7.2 ),可惜通过 virtio 虚拟万兆网络进行下载,SSD 上文件的下载速度不超过 260MiB/s,机械硬盘上文件的下载速度不超过 80MB/s。要知道直接本地访问时,SSD 能达到 550MB/s 左右,机械硬盘平均 130MB/s,不甘心(这时 PHP 进程的 CPU 占用率很低,说明根本没有达到 CPU 执行瓶颈)。

排除了网络问题后,我在存储目录上搭建了一个 Nginx 进行测试,发现通过 Ngninx 直接下载文件几乎能达到本地直接访问的性能。于是,下载速度慢的锅就落在了 PHP 的性能上。

调研

经过一番调研,Nextcloud 的 WebDav 服务是基于 sabre/dav 的框架开发的。于是找到了 sabre/dav 的源码,最后定位到下载文件代码的位置:3rdparty/sabre/http/lib/Sapi.php 。原来 sabre/dav 是通过调用 stream_copy_to_stream 将要下载的文件拷贝到 HTTP 输出的:直接把文件流和 PHP 的输出流进行对拷,之前并没有其他的读写操作,说明瓶颈就在这一行代码。

// 3rdparty/sabre/http/lib/Sapi.php
// ...
 if (is_resource($body) && 'stream' == get_resource_type($body)) {
                if (PHP_INT_SIZE !== 4) {
                    // use the dedicated function on 64 Bit systems
                    stream_copy_to_stream($body, $output, (int) $contentLength);
                } else {
// ...

我本人并不是 PHP 程序员,于是开始了漫长的搜索。Google 娘告诉我 PHP 专门提供了fpassthru函数提供高性能文件下载,于是我修改代码把 stream_copy_to_stream 换成了fpassthru

// 3rdparty/sabre/http/lib/Sapi.php
// ...
 if (is_resource($body) && 'stream' == get_resource_type($body)) {
                if (PHP_INT_SIZE !== 4) {
                    // use the dedicated function on 64 Bit systems
                    // stream_copy_to_stream($body, $output, (int) $contentLength);
                    fpassthru($body); // 改动这一行
                } else {
// ...

测试了一下,发现下载速度直接打了鸡血,440-470 MiB/s。可惜 fpassthru 只能把文件输出到结尾,不能只输出文件的一部分(为了支持断点续传和分片下载)。另外翻了一下 sabre/dav 的 issues,发现 sabre/dav 不用fpassthru的另外一个原因是有些版本的 PHP 中fpassthru函数存在 BUG。

继续深入

那为什么stream_copy_to_stream速度和fpassthru差距大得不科学呢?只能去读 PHP 的源码了,幸好 C 语言是我的强项。 我发现,fpassthru函数和stream_copy_to_stream函数实现是及其类似的:先尝试把源文件创建为内存映射文件(通过调用 mmap ),如果成功则直接从内存映射文件拷贝到目的流,否则就读到内存中进行传统的手动拷贝。差别来了,stream_copy_to_stream的第三个参数是要拷贝的字节数,可惜如果这个值大于 4MiB,PHP 就拒绝创建内存映射文件,直接回退到传统拷贝。

解决方法

在循环中调用stream_copy_to_stream,每次最多拷 4MiB:

// 3rdparty/sabre/http/lib/Sapi.php
// ...
 if (is_resource($body) && 'stream' == get_resource_type($body)) {
                if (PHP_INT_SIZE !== 4) {
                    // use the dedicated function on 64 Bit systems
                    // 下面是改动的部分:
                    // allow PHP to use mmap by copying in 4MiB chunks
                    $chunk_size = 4 * 1024 * 1024;
                    stream_set_chunk_size($output, $chunk_size);
		    $left = $contentLength;
		    while ($left > 0) {
		        $left -= stream_copy_to_stream($body, $output, min($left, $chunk_size));
		    }
               } else {
 // ...

测试了一下,结果令人震惊:下载速度几乎和本地读取无异了:SSD 文件的下载速度超过了 500 MB/s,甚至超过了 fpassthru 的速度(大概是因为缓冲区开的比fpassthru大)。

我又试着创建了一个 10G 大小的 sparse 文件 ( truncate -s 10G 10G.bin ),Linux 在读取 sparse 文件时可以立即完成,可以用来模拟如果硬盘速度足够快的情况。继续测试,发现下载速度超过了 700MiB/s,已经接近万兆网络的传输极限。这时 PHP 进程的 CPU 占用率已经达到 100%,说明瓶颈在 CPU 性能上了。

总结

stream_copy_to_stream 拷贝流时,如果 source 是文件并且每次拷贝小于 4MiB,PHP 会用内存映射文件对拷贝进行加速。超过 4MiB 后就会回退到传统读取机制。

后续

向 Sabre 项目提了 PR:https://github.com/sabre-io/http/pull/119。如果各位也在玩 Nextcloud 并且遇到了下载速度瓶颈,可以试着打一下我这个补丁。

第 1 条附言  ·  2019-04-15 15:04:09 +08:00
感谢各位的支持和建议,先统一回复一些内容:

1. 部分小伙伴提到了 Nginx 的 X-accel:如果 web 服务器用的是 Nginx 的话,可以通过设置一个 HTTP header 将文件输出转交给 Nginx,可获得更快的下载速度。这确实是个可行的优化思路,毕竟 Nginx 性能优越,而且输出文件的实现基于 sendfile 系统调用,理论上效率更高。目前不知道 Nextcloud 或者 Sabre 有没有计划针对 Nginx 做优化,后续有时间可以试着跟进一下。

2. stream
第 2 条附言  ·  2019-04-15 15:08:22 +08:00
2. 目前看来 PHP 的 stream_copy_to_stream 的性能不佳,可优化的地方非常多,可以考虑对这个函数进行优化,贡献给上游社区。

3. 有小伙伴担心对 sabre 的“魔改”会对其他地方造成影响。我觉得这应该不是魔改吧。。。。
第 3 条附言  ·  2019-04-15 15:12:11 +08:00
忘了在正文中补充机械硬盘下载速度的提升:
机械硬盘的下载速度从优化前的 70-80MB/s 提升到了 100 - 120 MB/s。我没有仔细去研究机械硬盘下载速度提升的原因,可能是我调大了拷贝的缓存区大小所致。
第 4 条附言  ·  2019-04-15 21:17:35 +08:00
补充:PHP 核心源码中拒绝映射 4MiB 以上文件的代码在这里: https://github.com/php/php-src/blob/623911f993f39ebbe75abe2771fc89faf6b15b9b/main/streams/mmap.c#L34
95 条回复    2021-06-30 10:49:38 +08:00
zk8802
    1
zk8802  
   2019-04-15 01:14:15 +08:00 via iPhone   ❤️ 2
赞楼主刨根问底的精神!
HiCode
    2
HiCode  
   2019-04-15 01:19:37 +08:00
厉害!楼主专研精神真棒!
zhs227
    3
zhs227  
   2019-04-15 01:19:46 +08:00   ❤️ 1
没玩过这么高级的装备,不过非常佩服楼主,顶一下友情支持
另外不清楚有没有人知道,nginx 的那个 sendfile 和这个 mmap 的拷贝机制是不是一回事
raysonx
    4
raysonx  
OP
   2019-04-15 01:25:55 +08:00   ❤️ 1
@zhs227 是的`sendfile`的性能更高,直接让内核对拷两个文件描述符,连内核态 /用户态拷贝都不用。但是 PHP 至今没有利用`sendfile`,包括`fpassthru`。
jinyang656
    5
jinyang656  
   2019-04-15 01:38:44 +08:00 via Android
佩服佩服,真 极客
falcon05
    6
falcon05  
   2019-04-15 02:24:47 +08:00 via iPhone
厉害啊
sxcccc
    7
sxcccc  
   2019-04-15 03:11:52 +08:00 via iPhone
aws 的 ec2 高端配置 东京节点 首页 500kb 打开速度一流 内容分发都是 4gb 大包依然能迅速下载 参考 www.dxqq.net
lzxgh621
    8
lzxgh621  
   2019-04-15 03:28:13 +08:00 via iPhone
我这边 程序本体都跑不利索
shuimugan
    9
shuimugan  
   2019-04-15 03:29:44 +08:00
很棒,最近在团队内部推 nextcloud,以及基于 Collabora 的办公文档协作,先收藏留作备用了.
tony601818
    10
tony601818  
   2019-04-15 04:14:54 +08:00 via Android
厉害,难得有真正有意义的话题了!
lihongming
    11
lihongming  
   2019-04-15 05:05:27 +08:00 via iPhone
赞,可以考虑测一下 2M 一个循环,看是不是会更早达到 CPU 瓶颈,那样的话就该考虑自己修改 stream_copy_to_stream 源码放宽限制,以获得更高性能了。
mwftts
    12
mwftts  
   2019-04-15 07:11:47 +08:00 via Android
好久没在 app 第一页看到这样的技术贴,今天一天心情肯定会不错
lazyyz
    13
lazyyz  
   2019-04-15 07:26:35 +08:00 via Android
厉害,佩服楼主这折腾劲!
taresky
    14
taresky  
   2019-04-15 07:44:48 +08:00 via iPhone
厉害!
JaguarJack
    15
JaguarJack  
   2019-04-15 08:06:14 +08:00 via iPhone
一大早就学习了
carlclone
    16
carlclone  
   2019-04-15 08:11:37 +08:00 via Android
强,基础好扎实
mokeyjay
    17
mokeyjay  
   2019-04-15 08:16:40 +08:00
强无敌,点赞
CallMeReznov
    18
CallMeReznov  
   2019-04-15 08:17:22 +08:00 via Android
这才是真正的干货啊
zvcs
    19
zvcs  
   2019-04-15 08:24:02 +08:00 via Android
谢谢楼主的分享
Canon1014
    20
Canon1014  
   2019-04-15 08:24:28 +08:00
目瞪口呆
zuokanyunqishi
    21
zuokanyunqishi  
   2019-04-15 08:28:04 +08:00 via Android
点赞
fengtalk
    22
fengtalk  
   2019-04-15 08:34:14 +08:00
收藏了,佩服和赞赏楼主的这种探索精神。
Edwards
    23
Edwards  
   2019-04-15 08:34:58 +08:00
收藏
zzxCNCZ
    24
zzxCNCZ  
   2019-04-15 08:40:26 +08:00
赞楼主,厉害了
R18
    25
R18  
   2019-04-15 08:44:21 +08:00
厉害了!打破砂锅闻到底
fox0001
    26
fox0001  
   2019-04-15 08:47:39 +08:00 via Android
点赞! nextcloud 15 之前,性能低下,我只是从树莓派搬到 x8350。一直以为是 PHP 背的锅,没想到楼主还能找出具体原因
SupperMary
    27
SupperMary  
   2019-04-15 08:57:52 +08:00 via Android
很强👍
eluotao
    28
eluotao  
   2019-04-15 09:14:45 +08:00
技术贴 要收藏...回头看看 NAS 有没有优化的空间.
whatsmyip
    29
whatsmyip  
   2019-04-15 09:18:47 +08:00
很强
yngby
    30
yngby  
   2019-04-15 09:21:08 +08:00
牛逼牛逼
polymerdg
    31
polymerdg  
   2019-04-15 09:35:00 +08:00
牛逼
hst001
    32
hst001  
   2019-04-15 09:40:35 +08:00 via Android
666
SbloodyS
    33
SbloodyS  
   2019-04-15 09:42:35 +08:00
牛逼
sorshion
    34
sorshion  
   2019-04-15 09:46:20 +08:00
基础很扎实,厉害
liuxu
    35
liuxu  
   2019-04-15 09:46:40 +08:00
这波操作可以的
whwq2012
    36
whwq2012  
   2019-04-15 09:49:18 +08:00 via Android
⊙∀⊙!这就是开源的魅力啊,有需要就可以自己改。不过确定魔改这一部分的代码不会对其他地方造成影响吗?
dapang1221
    37
dapang1221  
   2019-04-15 09:59:02 +08:00
厉害了
bzi
    38
bzi  
   2019-04-15 10:07:08 +08:00
厉害啊
tailf
    39
tailf  
   2019-04-15 10:14:55 +08:00
服了
reeble
    40
reeble  
   2019-04-15 11:00:37 +08:00
大佬大佬
sheeta
    41
sheeta  
   2019-04-15 11:08:16 +08:00
佩服佩服
zhujinliang
    42
zhujinliang  
   2019-04-15 11:09:12 +08:00 via iPhone
使用 nginx 的 X-Accel-Redirect 可不可行呢
ipengxh
    43
ipengxh  
   2019-04-15 11:27:24 +08:00
厉害了
liuxyon
    44
liuxyon  
   2019-04-15 11:30:40 +08:00
厉害👍
yytsjq
    45
yytsjq  
   2019-04-15 11:34:39 +08:00
@zhujinliang X-Accel-Redirect 相比 fpassthru 应该更好些吧
dalieba
    46
dalieba  
   2019-04-15 11:42:08 +08:00 via Android
希望 Sabre 项目早日接纳楼主的改进,新版本早日发布。
klusfq
    47
klusfq  
   2019-04-15 11:43:38 +08:00 via iPhone
膜拜楼主大佬
zzxx3322
    48
zzxx3322  
   2019-04-15 11:48:53 +08:00
楼主有遇到上传瓶颈吗?官方默认最多同时上传三个任务,关键速度跑不满,我没有详细测试是不是网络或者硬件问题导致速度跑不满,但是我感觉你的问题和这个问题也应该是相同的锅,提一下,可以给点意见嘛?
duola
    49
duola  
   2019-04-15 12:12:25 +08:00
折腾精神,厉害!
raysonx
    50
raysonx  
OP
   2019-04-15 12:23:28 +08:00 via Android
@zzxx3322 上传速度确实比下载慢很多。Nextcloud 的上传机制比较复杂,等有时间研究一下开个帖分享。
moonfly
    51
moonfly  
   2019-04-15 12:27:02 +08:00
技术贴必须要支持,
虽然自己的功力远远没有达到 LZ 的级别,
但能看到这样的帖子,真的是一种享受!
Huelse
    52
Huelse  
   2019-04-15 12:32:18 +08:00
真是一篇干货,感谢感谢!!
Actrace
    53
Actrace  
   2019-04-15 12:32:46 +08:00
还有一个方案,文件输出完全交给 Nginx 去做,PHP 只负责处理输出前逻辑。
这里需要用到 Nginx 的一个特性 X-Accel-Redirect,不过这样整套程序就和 Nginx 绑定到一起了。
zjq123
    54
zjq123  
   2019-04-15 13:06:32 +08:00 via Android
你们下载速度达到几百兆每秒?
dnsaq
    55
dnsaq  
   2019-04-15 13:07:57 +08:00 via iPhone
目瞪口呆 我都看懵了。
tongz
    56
tongz  
   2019-04-15 13:17:06 +08:00
奈何本人没文化, 一句卧槽走天下
laozhoubuluo
    57
laozhoubuluo  
   2019-04-15 13:27:00 +08:00
啥也不说了,点赞!!👍👍👍
ultimate010
    58
ultimate010  
   2019-04-15 13:36:56 +08:00
真心点赞,我自己搭建的局域网 samba 和 nfs 等文件服务,速度也没法跑满千兆网卡,查了下参数优化了下 samba aio,有点提升,但是仍然无法满速,没思路就凑合用了。
KasuganoSoras
    59
KasuganoSoras  
   2019-04-15 13:42:28 +08:00


确实是快了很多,在千兆服务器上测试的
KasuganoSoras
    60
KasuganoSoras  
   2019-04-15 13:44:07 +08:00   ❤️ 1
@ultimate010 #58 局域网 samba 我测试千兆是可以跑满的,传文件速度稳定在 110MB/s 左右,如果跑不满可能是 samba 版本比较低或者其他问题
killerv
    61
killerv  
   2019-04-15 13:51:30 +08:00
厉害了
cfcboy
    62
cfcboy  
   2019-04-15 14:22:55 +08:00
感谢楼主的分享,做个记号。
HuasLeung
    63
HuasLeung  
   2019-04-15 14:46:06 +08:00
awesome
fengci
    64
fengci  
   2019-04-15 15:11:36 +08:00
mk
panlilu
    65
panlilu  
   2019-04-15 16:25:56 +08:00
硬核 debug
ultimate010
    66
ultimate010  
   2019-04-15 18:42:50 +08:00
@KasuganoSoras 谢谢,我用 docker 跑的,最新的 dperson/samba,小机器 cpu 是 Intel(R) Atom(TM) CPU D525 @ 1.80GHz,机械硬盘,全速的时候也就 50mb 左右,以前调出过写入 80mb,读取也就 30-40mb,cpu 好像没有跑满,感觉自己的配置有点问题。
KasuganoSoras
    67
KasuganoSoras  
   2019-04-15 18:58:38 +08:00   ❤️ 1
@ultimate010 #66 这应该就是 CPU 性能瓶颈问题了,我手上也有一台 Atom D2550 的工控主机,装了 Samba 测试也是跑不满千兆,速度在 100-400Mbps 左右浮动,就上不去了
kookxiang
    68
kookxiang  
   2019-04-15 19:15:15 +08:00
应该用 sendfile 吧
ben1024
    69
ben1024  
   2019-04-15 19:35:05 +08:00
厉害
intsilence
    70
intsilence  
   2019-04-15 21:06:07 +08:00
手动点赞!
raysonx
    71
raysonx  
OP
   2019-04-15 21:14:45 +08:00
@KasuganoSoras 截图中是打了补丁后的速度吗?之前是多少? CPU load 有没有跑满?
KasuganoSoras
    72
KasuganoSoras  
   2019-04-15 21:19:29 +08:00
@raysonx #71 之前大概是 20 ~ 40M/s 左右,CPU 的话基本上不可能跑满的……至少是宽带先跑满
因为 CPU 是 32 核 64 线程,但是下载的时候看到 CPU 占用率明显比之前高了,速度也快了很多
dandycheung
    73
dandycheung  
   2019-04-15 21:21:27 +08:00 via Android
@zhs227 不是一回事。
KasuganoSoras
    74
KasuganoSoras  
   2019-04-15 21:21:51 +08:00
@raysonx #71 这个速度其实不是固定的,一直在跳来跳去,可能和我本地网络有关,我看到有几秒钟速度上到了 97MB/s,然后又掉到 60 左右,不过已经算很不错了
raysonx
    75
raysonx  
OP
   2019-04-15 21:58:54 +08:00
@KasuganoSoras 有时间的话可以试试在服务器上本地测速,排除网络影响。方法是直接用 curl 命令下载文件:

curl -o /dev/null --user 'username:password' -H hostname http://127.0.0.1/remote.php/webdav/文件名
BooksE
    76
BooksE  
   2019-04-15 23:18:54 +08:00
你们都是点赞?只有我是羡慕 lz 有这个能力
wmwwmv
    77
wmwwmv  
   2019-04-16 01:41:15 +08:00 via Android
这对我很有用,感谢楼主
ericgui
    78
ericgui  
   2019-04-16 06:06:18 +08:00
@BooksE 看来学 C 还是挺有用的
tankren
    79
tankren  
   2019-04-16 07:45:09 +08:00 via Android
收藏了 谢谢
silencefent
    80
silencefent  
   2019-04-16 09:01:50 +08:00
速度提高 3 倍,cpu 跑满载还是有点划不来吧,gen8 好歹也是 3.5G 起步的 4C8T 服务器
ganbuliao
    81
ganbuliao  
   2019-04-16 09:16:56 +08:00
牛逼 我觉得 还是比较适合拧小螺丝钉
ganbuliao
    82
ganbuliao  
   2019-04-16 09:17:49 +08:00
还是觉得自己比较适合拧小螺丝钉 (滑稽
wttx
    83
wttx  
   2019-04-16 09:31:16 +08:00 via Android
Mark 一下,以后有用,,
telami
    84
telami  
   2019-04-16 10:22:34 +08:00
开源的魅力,心向往之
lzj307077687
    85
lzj307077687  
   2019-04-16 14:06:03 +08:00
敬佩!
nyaruko
    86
nyaruko  
   2019-04-16 15:01:52 +08:00
万兆。。厉害了。。家里千兆网完全不担心这些。
knightgao2
    87
knightgao2  
   2019-04-16 16:03:39 +08:00
厉害厉害了
Jaeger
    88
Jaeger  
   2019-04-16 16:54:58 +08:00
反手就是一赞
abccccabc
    89
abccccabc  
   2019-04-19 11:13:09 +08:00
这个贡献可大了。
iwishing
    90
iwishing  
   2019-05-07 16:13:36 +08:00
这个就是工匠精神,hacker 精神,打破沙锅问到底的精神
请问,您秃了没有?
Chenamy2017
    91
Chenamy2017  
   2019-05-07 16:19:07 +08:00
牛!
JRay
    92
JRay  
   2019-05-07 20:53:29 +08:00
大佬大佬
zlfoxy
    93
zlfoxy  
   2019-05-07 23:38:33 +08:00
厉害,关键是这么复杂的东西,楼主能解释的这么清楚。膜拜。
pupboss
    94
pupboss  
   2020-08-20 23:09:03 +08:00
楼主好,我想请教个问题,NextCloud 使用网页版或者 WebDAV 处理大文件的时候,取消下载文件之后,php 还是会不断的读硬盘,并且占满 IO,如果点了一个视频关闭再开再关闭,磁盘会卡的不能用,同时我也用 Nginx 测试过静态文件,只有在需要读盘的时候才会有 20M/s 左右的 IO,然后立刻就不读了,这个问题有解吗,我看官方已经合并了你最新的代码,应该不是这个导致的
aod321
    95
aod321  
   2021-06-30 10:49:38 +08:00
大佬牛!
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