探索和体验 Graviton2 高性价比

综述

2020年5月11日AWS Graviton2支持的EC2 M6g实例正式发布，“g”代表“Graviton2”，这是AWS的第二代基于Arm架构的芯片，由Annapurna Labs(亚马逊子公司)利用 64位Arm Neoverse N1微架构设计，根据ARM官网资料可以得知这个ARM第一款数据中心定位的CPU架构。AWS Graviton2的M6g实例和AWS第一代基于Arm Cortex-A72微架构的A1实例相比整数性能最高提升7倍。

在M6g推出后不久M6gd、R6g、R6gd、C6g、C6gd、T4g、C6gn等系列实例连续推出，目前基于Graviton2的实例已经有69款之多，支持的region数量也在不断扩大。AWS诸多托管服务如Amazon RDS，Amazon EMR，Amazon Elasticache，Amazon EKS也陆续GA了基于Graviton2的实例支持。这些托管服务方便客户直接享受到Graviton2的高性价比，从正式发布新闻稿可以看到， Apache Spark的EMR运行时与EC2 M6g实例的组合可将总成本降低多达 76% 并将性能提高 3.6 倍。Graviton2 实例最高可以为 RDS 开源数据库提供 35% 的性能改进和 52% 的性价比提高。Graviton2 成为了Amazon ElastiCache默认选项，可实现高达45% 的性价比提升。

在Graviton2官网和公开案例中我们已经可以发现众多行业客户开始采用。在Web应用、游戏、高性能运算、EDA设计、媒体编解码、数据分析、数据库、内存缓存以及微服务等领域Graviton2均实现了大幅的性价比提升。

探索Graviton2高性价比

让我们简单分析下Graviton2的性价比优势。

首先从价格角度，以美西oregon区域为例，同样是4vCPU/16GB内存的通用型实例，M5.xlarge（按需价格0.192 USD/小时）M6g.xlarge(按需价格0.154 USD/小时)，后者价格便宜约20%。另外Graviton2同样支持Spot请求、RI预留、Savings Plans等帮助客户降低成本。

其次技术角度先从vCPU角度来看，M5.xlarge的4vCPU和所有主流公有云一样是4个超线程，虽然M5.xlarge是租户独享2个物理core上的4个超线程，有天然的安全和稳定性优势，但是毕竟超线程共享L2缓存等资源带来的性能提升有限，而Graviton2不存在x86平台的超线程，每个vCPU都是独立的物理核心，因此均为AWS主流产品的4物理核心的M6g.xlarge比2物理核心4超线程的M5.xlarge具备天然的性能优势（4物理核心对2物理核心）。

最后技术角度再简单从Graviton2以及Arm Neoverse N1设计角度看，Graviton2基于TSMC（台积电） 7nm 工艺，单颗CPU包括了64 个物理核心（64个vCPU）高于AWS 5代实例单CPU 24-48物理核心，并且所有核心通过 mesh 结构互联，而且因为Graviton2无 NUMA 设计，每个内核访问其它内核与内存的路径一致，CPU 核心访问内存享有一致性延迟，这也就是诸如Redis、mysql、hadoop等应用可以获得令人印象深刻的性能提升的原因之一。

如何开始使用Graviton2

Graviton2的使用也很简单，对于托管服务只需在实例选择阶段选择Graviton2 系列实例即可，另外Amazon RDS、Amazon Elasticache等还可以把当前X86实例直接切换为Graviton2实例。

对于EC2自建服务，需要在操作系统选择界面时候选择ARM 64位版本即可（这里包括您熟悉的Amazon linux2、Redhat、Ubuntu、SUSE linux、Fedora、FreeBSD、Debian等）。你会发现常用软件包和之前使用的安装方式相同（yum,apt-get,pip,npm…）,尽管某些应用程序可能需要重新编译，但是基于解释语言（例如Java ,NodeJS ,Python ,Go）可以未经修改地运行。对于编译性语言如C等和或Python某些库基于C语言开发等极少数情况下，您需要重新编译或调试代码，这部分建议参考github上的aws-graviton-getting-started 网站。

下面分别以Amazon linux2和Ubuntu18.04为例演示EC2自建系统的主要开发工具和依赖环境的构建过程，考虑大量新版本软件针对Arm做了性能优化，尽量用较高版本如php7.4以上。

第一部分： Amazon linux2（由AWS提供长期技术支持并免费提供的linux分支，内核做了深度安全和性能优化，支持免费的内核实时补丁，操作上近似Redhat7）参考步骤如下：

$ sudo yum update -y #升级内核和重要补丁

$ sudo reboot #内核更新后需要重启系统

$ uname -r #查看内核版本，当前为4.14.200-155.322.amzn2.aarch64

$ sudo yum groupinstall -y “Development Tools” #安装开发工具包

$ sudo amazon-linux-extras enable golang1.11 corretto8 php7.4 python3.8 ruby2.6 #这个会输出amazon-linux-extras命令告诉我们要安装那些软件包（这里采用Extras 库，也支持EPEL外部源）

$ yum clean metadata

$ sudo yum install -y golang java-1.8.0-amazon-corretto \

php-cli php-pdo php-fpm php-json php-mysqlnd \

python38 ruby ruby-irb rubygem-rake rubygem-json rubygems

下面让我们检查一下刚刚安装的工具版本：

$ go version
go version go1.13.15 linux/arm64
$ java -version
openjdk version “1.8.0_272”
OpenJDK Runtime Environment Corretto-8.272.10.3 (build 1.8.0_272-b10)
OpenJDK 64-Bit Server VM Corretto-8.272.10.3 (build 25.272-b10, mixed mode)

#Amazon Corretto 是开源 Java 开发工具包 (OpenJDK)，是OpenJDK的可靠版本并通过TCK认证， Corretto包括安全修复和性能增强，垃圾回收调度，防止内存不足的情况，以及改进的监视，报告和线程管理，并提供长期支持，亚马逊在内部以数千种生产服务运行Corretto。

$ php -v
PHP 7.4.11 (cli) (built: Oct 21 2020 19:12:31) ( NTS )
Copyright (c) The PHP Group
Zend Engine v3.4.0, Copyright (c) Zend Technologies
$ python3.8 -V
Python 3.8.5
$ ruby -v
ruby 2.6.6p146 (2020-03-31 revision 67876) [aarch64-linux]

第二部分： Ubuntu18.04参考步骤如下：

$ sudo apt update #apt和apt-get相同（后面会分别展示）

$ sudo reboot #如果有内核更新，需要重启系统（当前没有）

$ uname -r #查看内核版本，当前为5.4.0-1029-aws ,update前后并没有变化

$ sudo apt install -y build-essential #安装开发工具包gcc、make等

方法1：如果基于ppa源请参考下面步骤，以PHP和python为例：

$ sudo apt -y install software-properties-common #用于添加ppa源

$ sudo add-apt-repository ppa:ondrej/php # PPA含PHP7.4

$ sudo apt update
$ sudo apt -y install php7.4
$ php -v
PHP 7.4.12 (cli) (built: Oct 31 2020 17:04:09) ( NTS )
Copyright (c) The PHP Group
Zend Engine v3.4.0, Copyright (c) Zend Technologies
with Zend OPcache v7.4.12, Copyright (c), by Zend Technologies

$ sudo add-apt-repository ppa:deadsnakes/ppa # PPA含python3.8

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install python3.8
$ python3.8 -V
Python 3.8.6

方法2：如果基于传统方式安装请参考下面步骤，以Corretto为例：

$ curl https://apt.corretto.aws/coretto.key | sudo apt-key add –
sudo add-apt-repository ‘deb https://apt.corretto.aws stable main’

首先导入 Corretto 公有密钥，将存储库添加到系统列表

$ sudo apt update

$ sudo apt install -y java-1.8.0-amazon-corretto-jdk #如果希望基于java8环境

$ java -version
openjdk version “1.8.0_275”
OpenJDK Runtime Environment Corretto-8.275.01.1 (build 1.8.0_275-b01)
OpenJDK 64-Bit Server VM Corretto-8.275.01.1 (build 25.275-b01, mixed mode) $ sudo apt install -y java-11-amazon-corretto-jdk #如果希望基于java11环境
$ $java -version

openjdk version “11.0.9.1” 2020-11-04 LTS

OpenJDK Runtime Environment Corretto-11.0.9.12.1 (build 11.0.9.1+12-LTS)

OpenJDK 64-Bit Server VM Corretto-11.0.9.12.1 (build 11.0.9.1+12-LTS, mixed mode)

第三部分： Amazon linux2 下Redis的安装基本过程

$ sudo yum install gcc tcl -y #安装gcc编译器和redis test所需tcl组件。

$ wget http://download.redis.io/releases/redis-6.0.9.tar.gz #官网下载所需版本

$ tar xzf redis-6.0.9.tar.gz #解压缩

编译阶段，这里有2个选择，选择(1)使用默认的jemalloc

$ cd redis-6.0.9/deps #进入这个目录

$ make hiredis jemalloc linenoise lua geohash-int

$ cd .. #回到redis主目录

$ make