Succo di lampone: come ottimizzare JAVA e PHP su un'architettura Raspberry Pi Cluster - Beccan
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Il documento discute l'ottimizzazione di Java e PHP su un'architettura cluster Raspberry Pi, evidenziando le potenzialità di questo single-board computer per insegnare programmazione e sviluppo software. Viene presentata una panoramica su Raspberry Pi, Raspbian e strategie per overclock e gestione della memoria, seguita da istruzioni per installare lo stack LAMP e testare le prestazioni. Infine, il documento compara le prestazioni di Apache e Nginx nel gestire richieste PHP e HTML, dimostrando l'importanza della compressione dei dati.
Succo di lampone: come ottimizzare JAVA e PHP su un'architettura Raspberry Pi Cluster - Beccan
- 1. Matteo Baccan Succo di lampone: come ottimizzare JAVA e PHP su un’architettura Raspberry Pi Cluster matteo@baccan.it – http://www.baccan.it
- 2. Chi sono? Matteo Baccan Divulgatore informatico, giornalista per riviste tecniche nazionali oltre 700 articoli per: Dev, Login, Computer Programming, Mokabyte. Relatore tecnico ad eventi di programmazione: Borland Forum 2000, Webbit 2004, JIP day 2005, Javaday (2006,2007,2010) PHPDay (2008, 2010), CONFSL 2010, WebTech 2010, Codemotin (2011,2012,2013,2014). Autore di Corso di C# ISBN 8881500167. Autore di JobCrawler e HTML2POP3 (Oltre 900.000 download su SourceForge)
- 3. Programma Il mio motto Per fare un grande piatto devi togliere non aggiungere Gualtiero Marchesi (a volte vale anche per un grande software)
- 4. Programma Cosa vedremo ● Cos’è Raspberry Pi ● Cosa ci possiamo fare ● Alcune ottimizzazioni del sistema di base ● PHP su Raspberry Pi ● Java su Raspberry Pi ● Alternative per lo sviluppo ● Raspberry Pi Emulato
- 5. Cosa non è Raspberry Pi Non stiamo parlando dei lamponi
- 6. Tratto da : http://it.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi Il Raspberry Pi è un single-board computer (SBC) sviluppato nel Regno Unito dalla Raspberry Pi Foundation. Il suo lancio al pubblico è avvenuto alla fine del mese di febbraio 2012. L'idea di base è la realizzazione di un dispositivo economico, concepito per stimolare l'insegnamento di base dell'informatica e della programmazione nelle scuole Il progetto ruota attorno a un System-on-a-chip (SoC) Broadcom BCM2835, che incorpora un processore ARM1176JZF-S a 700 MHz, una GPU VideoCore IV, e 256 o 512 Megabyte di memoria. Il progetto non prevede né hard disk né una unità a stato solido, affidandosi invece a una scheda SD per il boot e per la memoria non volatile. La scheda è stata progettata per ospitare sistemi operativi basati su un kernel Linux o RISC OS. Cos’è Raspberry Pi?
- 8. Come sarà Cosa comprerete prossimamente Raspberry Pi Compute Module BCM2835 processor, 512Mbyte of RAM e 4Gbyte eMMC Flash device
- 9. Cosa installare Il punto di partenza è sicuramente NOOBS (attualmente v 1.3.4) http://www.raspberrypi.org/downloads
- 10. Cosa installare All’interno di NOOBS (New Out Of Box Software) è possibile trovare una serie di sistemi operativi installabili Raspbian : Il porting di Debian 7 “Wheezy”, ottimizzato per Raspberry Pi Alternative Pidora: Pidora is a Fedora Remix optimized for the Raspberry Pi Arch Linux: An Arch Linux port for ARM devices OpenELEC: is a fast and userfriendly XBMC Mediacenter distribution. RaspBMC: An XBMC media center distribution for Raspberry Pi RISC OS: is a very fast and compact system Nei nostri test useremo Raspbian basato su Debian 8 “Jessie”
- 11. Raspbian Oggi parleremo di Raspbian È una distribuzione pensata per essere “general purpose”, con un utilizzo client Non esiste una versione server ufficiale di Raspbian Vediamo insieme come costruirla. Iniziamo a spremere il nostro lampone
- 12. Raspbian Server Edition Qualcuno si è posto il problema di non avere una distribuzione ottimizzata per una configurazione server e ha realizzato Raspbian Server Edition 2.5 http://sirlagz.net/2013/07/19/raspbian-server-edition-2-5/ In realtà è una Raspbian basata su Debian 7 Wheezy portata a Debian 8 Jessie, con la rimozione di una serie di pacchetti “inutili” a livello server. Parte dal concetto che: un “purista” considera peccaminoso l’utilizzo di una GUI su un server, viene quindi rimosso LXDE e tutti i relativi pacchetti, più una serie di pacchetti non necessari su un server In alternativa potete provare Minimal Raspbian – Server and XFCE editions http://xecdesign.com/minimal-raspbian-server-xfce-editions/
- 13. Raspbian Server Edition Non dobbiamo però essere ottimisti: la sola rimozione dei pacchetti inutili non basta a realizzare una versione server di Raspberry Pi. Vediamo quali altre tecniche ci permettono di migliorare i 2 aspetti che possono cambiare notevolmente le prestazioni di un Raspberry Pi Velocità Memoria
- 14. Velocità: Overclock guidato Chi non ha mai provato ad “overcloccare” il proprio computer? Con Raspberry Pi l’overclock è ammesso e di sistema. Tramite il tool di configurazione : sudo raspi-config
- 15. Velocità: Overclock manuale arm_freq gpu_freq core_freq sdram_freq over_voltage 800 900 275 500 900 450 450 930 350 500 1000 500 500 6 Manualmente 1050 6 1150 500 600 8 Per chi volesse provare manualmente, basta modificare direttamente il file sudo nano /boot/config.txt Sul forum Raspberry Pi sono indicate altre configurazioni possibili, che possono farci arrivare alla frequenza di 1150MHz. Per info http://elinux.org/RPiconfig
- 16. Velocità: Overclock manuale Ci sono comunque anche voci di overclock a 1200 MHz e per chi volesse provare, sono disponibili sul mercato dissipatori a 7 euro, in grado di diminuire di qualche grado la temperatura del processore. Oppure se avete ancora in cantina dei vecchi PC .. staccategli la ventolina, costerà ancora meno :)
- 17. Memoria: Condivisione memoria CPU/GPU Cambio allocazione della memoria CPU/GPU Di default Raspberry Pi parte con 64MB di ram per la GPU. Installando un sistema server possiamo diminuire questa memoria a 16MB Possiamo modifiare /boot/config.txt gpu_mem=16 o usare sudo raspi-config
- 18. Memoria: Sessioni terminale inutili Ottimizzazione servizi esistenti sudo nano /etc/inittab Al netto delle rimozioni fatte su Raspbian, possiamo ancora ottimizzare diminuendo i processi per le connessioni terminale, passando dalle 6 (default) a 2 . 1:2345:respawn:/sbin/getty --noclear 38400 tty1 2:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty2 #3:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty3 #4:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty4 #5:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty5 #6:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty6
- 19. Consuntivo PRE/POST ottimizzazioni Aumento velocità di elaborazione passando da 700 a 1000 MHz = 50% Aumento di memoria = 60% pi@piserver ~ $ free total used free shared buffers cached Mem: 497504 58816 438688 0 15588 26976 -/+ buffers/cache: 16252 481252 Swap: 102396 0 102396 pi@pinodo2 ~ $ free total used free shared buffers cached Mem: 448736 175880 272856 0 18368 137004 -/+ buffers/cache: 20508 428228 Swap: 102396 0 102396
- 20. Per chi vuole osare Possiamo spremere ancora di più Raspberry Pi ● staccando alcuni degli ultimi servizi attivi (p.e. rsyslog) ● passando ad 1 sessione terminale ● aumentando l’overclock e trovando un modo affidabile per raffreddare il processore ● acquistare delle SD più performanti (classe 10) Ricordiamoci che l’overclock esagerato potrebbe rendere le SD utilizzate dal sistema operativo inutilizzabili. Se questo non vi spaventa e avete già bruciato qualche processore (so che per qualcuno che legge queste slide non sarebbe la prima volta) allora potete osare. Fino alla configurazione indicata, funziona tutto, oltre, basta provare :)
- 21. PHP
- 22. Stack LAMP Installazione stack LAMP Ora che abbiamo ottimizzato Raspberry Pi, possiamo passare allo stack LAMP Di default, lo stack LAMP non è installato su Raspbian. Essendo un sistema Linux, l’installazione dello stack LAMP è identica a quella che si farebbe su un qualsiasi server Debian non Raspberry Pi
- 23. Stack LAMP Installiamo lo stack LAMP + PHPMyAdmin sudo apt-get install apache2 php5 mysql-server libapache2-mod-php5 php5-mysql php5-fpm mysql-client phpmyadmin Linux Jessie kernel 3.10.36 Apache 2.4.9 MySQL 5.5.35 PHP 5.5.10 PhpMyAdmin 4.1.12
- 24. Alternative ad Apache NGINX sudo apt-get install nginx MONKEY sudo nano /etc/apt/sources.list deb http://packages.monkey-project.com/primates_pi primates_pi main apt-get update sudo apt-get install monkey monkey-liana monkey-logger monkey-dirlisting monkey-cgi monkey-fastcgi monkey-mandril monkey-cheetah Monkey-auth LIGHTTPD sudo apt-get install lighttpd
- 25. Stress test e Bilanciatore Per valutare le prestazioni del sistema sono necessari 2 tool ● Programma di Stress Test. Nel mio caso ho installato e compilato siege- 3.0.5 su Cygwin (lo so sono un programmatore Windows) wget http://www.joedog.org/pub/siege/siege-3.0.5.tar.gz ● Un bilanciatore di carico, in questo caso l’ho utilizzato direttamente sul nodo Master del cluster di test wget http://haproxy.1wt.eu/download/1.5/src/devel/haproxy-1.5-dev19.tar.gz make TARGET=linux2628 USE_ZLIB=1 Ho scelto di non utilizzare haproxy 1.4 presente in Raspbian Pi, dato che non è presente una importante feature : la compressione GZIP
- 26. Ambiente di test Per i test ho optato per 2 file diversi, in modo da verificare le ottimizzazioni possibili in caso di risorse testuali (html, css, js, etc) ● <?php phpinfo() ?> ● Il sorgente html di phpinfo Ho volutamente evitato di parlare di risorse non testuali già compresse (immagini, filmati) in quanto occorrerebbe una trattazione apposita, e la realizzazione di un server specializzato nel delivery di risorse statiche (la classica installazione CDN) I test sono stati fatti tutti mettendo in concorrenza 5 processi sullo stesso server, dato che stiamo pensando ad un ambiente web di test o dedicato a piccole aziende, dove non vengono superati i 5000 unique user al giorno
- 27. Ambiente di test Nodo server – Raspberry Pi (made in China) haproxy Nodo 1 (made in UK) Nodo 2 (made in UK) LAMP modificato LAMP con i default
- 28. Nodo2 a default: GZIP compression 780 pagine per 6.81MB di traffico in 1 minuto $ siege -q -b -t 1m -c5 http://192.168.2.22/phpinfo.php -m pinodo2 -lapache.log Lifting the server siege... done. Transactions: 780 hits Availability: 100.00 % Elapsed time: 59.93 secs Data transferred: 6.81 MB Response time: 0.38 secs Transaction rate: 13.01 trans/sec Throughput: 0.11 MB/sec Concurrency: 4.99 Successful transactions: 780 Failed transactions: 0 Longest transaction: 1.02 Shortest transaction: 0.19 top - 01:27:59 up 3:20, 1 user, load average: 3,66, 1,84, 0,85 Tasks: 72 total, 7 running, 65 sleeping, 0 stopped, 0 zombie %Cpu(s): 92,6 us, 5,2 sy, 0,0 ni, 0,0 id, 0,0 wa, 0,0 hi, 2,3 si, 0,0 st KiB Mem: 448736 total, 268056 used, 180680 free, 33304 buffers KiB Swap: 102396 total, 0 used, 102396 free, 165432 cached
- 29. Nodo1: senza GZIP compression 1754 pagine per 88.44MB di traffico in 1 minuto $ siege -q -b -t 1m -c5 http://192.168.2.21/phpinfo.php -m pinodo1 -lapache.log Lifting the server siege... done. Transactions: 1754 hits Availability: 100.00 % Elapsed time: 59.27 secs Data transferred: 88.44 MB Response time: 0.17 secs Transaction rate: 29.59 trans/sec Throughput: 1.49 MB/sec Concurrency: 4.99 Successful transactions: 1754 Failed transactions: 0 Longest transaction: 0.43 Shortest transaction: 0.11 top - 01:29:50 up 3:22, 2 users, load average: 2,47, 1,31, 1,15 Tasks: 73 total, 9 running, 64 sleeping, 0 stopped, 0 zombie %Cpu(s): 73,7 us, 12,8 sy, 0,0 ni, 0,3 id, 0,0 wa, 0,0 hi, 13,2 si, 0,0 st KiB Mem: 448736 total, 296424 used, 152312 free, 14848 buffers KiB Swap: 102396 total, 0 used, 102396 free, 226832 cached
- 30. Apache Test Usando Haproxy su un nodo master, ho provato a trasferire sul master la compressione del dato e scaricare il nodo dal consumo di CPU Dati di partenza Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** pinodo2 php gzip **** 2013-11-26 01:23:18, 765, 59.12, 6, 0.38 **** pinodo1 php **** 2013-11-26 01:21:30, 1809, 59.64, 91, 0.16 Overhead di haproxy **** hapiserver pinodo1 php **** 2013-11-26 01:39:35, 1736, 59.94, 87, 0.17 Compressione lato server: prestazioni doppie rispetto al singolo nodo **** hapiserver pinodo1 php gzip **** 2013-11-26 02:25:39, 1538, 59.44, 15, 0.19
- 31. Apache Test Al posto che usare un output generato da PHP, proviamo ora ad usare direttamente una pagina HTML con lo stesso testo, per capire l’overhead generato da PHP Pagina di partenza Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** pinodo1 php **** 2013-11-27 02:54:02, 1757, 59.95, 88, 0.17 Pagina html **** pinodo1 htm **** 2013-11-27 02:49:27, 5446, 59.52, 279, 0.05 Pagina php nodo1 compressa lato server **** haserver pinodo1 php gzip **** 2013-11-27 02:46:21, 1479, 59.90, 15, 0.20 Pagina html nodo1 compressa lato server **** haserver pinodo1 html gzip **** 2013-11-27 02:47:51, 2808, 59.86, 29, 0.11 Pagina php con 2 nodi, compressi lato server: 3 volte il singolo nodo **** haserver php 2 nodi **** 2013-11-27 03:13:07, 2580, 59.47, 26, 0.12
- 32. Nginx 1.4.7 Nginx ha dato dei risultati diversi rispetto ad Apache. Per esempio, la perdita di prestazioni all’atto di una compressione GZIP è praticamente assente. Vengono invece degradate, come ci si aspetterebbe, le prestazioni di HTML puro. Rispetto a Apache, l’uso di PHP è attraverso l’interfaccia PHP5-FPM (FastCGI Process Manager) Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** nginx pinodo2 php **** 2013-11-29 02:27:02, 1200, 59.52, 83, 0.25 **** nginx pinodo2 php gzip **** 2013-11-29 02:37:33, 1265, 59.53, 21, 0.23 **** nginx pinodo2 htm **** 2013-11-29 02:29:31, 4660, 59.95, 326, 0.06 **** nginx pinodo2 htm gzip **** 2013-11-29 02:38:46, 2914, 59.44, 53, 0.10
- 33. Monkey test Monkey non dispone di una compressione GZIP, quindi i dati che restituisce sono sempre quelli presenti su disco. I risultati sono similari a Apache: Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** monkey piserver php **** 2013-11-29 03:35:13, 1502, 59.20, 104, 0.20 **** monkey piserver htm **** 2013-11-29 03:36:41, 4456, 59.10, 332, 0.07 Una curiosità. Sul sito: http://www.monkey-project.com/benchmarks/raspberry_pi_monkey_nginx Vengono presentati dei benchmark che fanno pensare che Monkey sia più efficiente rispetto a Nginx. IMHO il test non è veritiero, dato che dura 10 secondi e il file utilizzato per i test è un file jpg, dove la compressione è chiaramente inutile. NB: file di questo tipo dovrebbe risiedere su una CDN e non su un server Monkey siege -b -t10S -c200 http://localhost:PORT/linux.jpg
- 34. Lighttpd test Lighttpd risponde in modo ancora diverso, non comprimendo i file PHP, ma solamente i file HTML statici. In questo caso l’aumento prestazionale è molto importante, dovuto anche alla strategia di compressione di Lighttpd, che verifica lo stato di aggiornamento dei file statici e se risultano non aggiornati, restituisce una versione “pre” compressa presente all’interno di una percorso di cache. Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** lighttpd nodo2 php **** 2013-11-29 03:20:10, 1505, 59.13, 104, 0.20 **** lighttpd nodo2 htm **** 2013-11-29 03:21:29, 17575, 59.93, 157, 0.02
- 35. Conclusioni Cosa abbiamo capito ● Valutare prestazionalmente PHP su Raspberry Pi può dare risultati molto diversi, in base al tipo di test che andremo a fare ● Alcuni server web sono privi di alcune funzionalità di base (gzip) che prò possono essere integrate all’interno del bilanciatore ● Ottimizzando nel modo corretto, possiamo sfruttare parte della potenza del processore del bilanciatore, aumentando le prestazioni del nostro HW ● Per il tipo di server che andremo ad installare, non c’è una grande differenza di prestazioni da una soluzione all’altra
- 36. JAVA
- 37. Java su Raspberry Pi Prima del rilascio da parte di Oracle di un JDK specifico per Raspberry Pi, veniva utilizato OpenJDK java version "1.6.0_27" OpenJDK Runtime Environment (IcedTea6 1.12.6) (6b27-1.12.6-1~deb7u1+rpi1) OpenJDK Zero VM (build 20.0-b12, mixed mode) Da settembre 2013 possiamo installare un “vero” JDK sudo apt-get install oracle-java7-jdk java version "1.7.0_40" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_40-b43) Java HotSpot(TM) Client VM (build 24.0-b56, mixed mode)
- 38. Java su Raspberry Pi Dal 18 Marzo 2014 è però possibile installare anche JDK 1.8 sudo apt-get install oracle-java8-jdk java version "1.8.0" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0-b132) Java HotSpot(TM) Client VM (build 25.0-b70, mixed mode)
- 39. Tomcat Il primo test è stato quello di utilizzare un “evergreen” di Java: Tomcat versione 7 e 8. Nonostante la lentezza, il sistema parte in un tempo che oscilla fra i 22 e i 26 secondi Una volta installato, dopo la prima compilazione, il sistema risponde senza grossi problemi
- 40. JBOSS Il secondo test è stato quello di utilizzare JBOSS In questo caso è stato necessario modificare delle configurazioni per poterlo utilizzare dato che la memoria richiesta di default è troppo alta Occorre quindi modificare i parametri -Xms64m -Xmx512m portandoli a valori più coerenti per Raspberry Pi -Xms64m -Xmx128m Il sistema parte in circa 150 secondi
- 41. Prestazioni Vediamo ora le prestazioni su uno stress test di 1 minuto Con OpenJDK Date & Time, Trans, Elap Time, Data Trans MB, Resp Time **** piserver jdk6 tc 7 **** 2013-11-29 04:13:40, 31, 59.03, 0, 8.82 Con JDK 7 **** piserver jdk8 tc 8 **** 2013-11-29 04:12:18, 2362, 59.09, 25, 0.12 Con JDK8 **** piserver jdk7 tc 8 **** 2013-11-29 04:17:11, 2507, 59.11, 26, 0.12
- 42. Conclusioni Una volta partito, utilizzando un JDK 7 o 8, il sistema funziona. Per poterlo utilizzare al meglio è però necessario procedere all’ottimizzazione della RAM utilizzata e possibilmente disaccoppiare il database, in modo da eseguirlo su un’altra macchina o un altro Raspberry Pi, dato che il quantitativo di RAM disponibile è veramente limitato
- 43. Vincitori e vinti JAVA Sicuramente Java non è il linguaggio migliore da utilizzare all’interno di un Raspberry Pi, ma grazie agli ultimi rilasci, ora è un linguaggio utilizzabile con prestazioni accettabili. Fino a OpenJDK 6 le prestazioni erano decisamente scadenti PHP Risulta avvantaggiato dal limitato overhead che richiede al sistema per poter essere utilizzato, grazie a questo, non è impensabile utilizzare un server RaspberryPi con un intero stack LAMP installato e con tutte le applicazioni che ne conseguono
- 44. Emulazione Tutto bello, ma se non avessi un Raspberry Pi? Puoi emularlo con QEMU, utilizzando direttamente le immagini fornite dal http://www.raspberrypi.org/downloads DEMO
- 45. Domande?