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Zenoh 共享記憶體

運作原理

Zenoh 除了一般的網路傳輸，更重要的是有支援共享記憶體 (Shared Memory) 的功能。 大多數的機器人或自駕車應用都以同台機器內的傳輸比較常見，而如果在同台機器內還需要透過作業系統的網路層，將會產生大量的 overhead。 主要是因為需要多次訊息的複製，訊息越大，複製所造成的負擔也會隨之增加。 而共享記憶體則可以有效避免這個問題，我們只需要放到一個共享 buffer，接收端從這個 buffer 取出即可。

Zenoh 本身就內建 Shared Memory 的機制，而不須依賴其他外部的協定。 主要作法是把要傳輸的訊息放到共享區域內，然後將這個區域的位址透過網路傳給接收端，這樣接收端就能知道要去哪個共享區域內取得資料了。

使用方式

Examples

如果要嘗試 Shared Memory 的範例，我們需要確保 shared_memory 這個 features 有被啟用。 因此編譯的時候需要加上 --all-features。

cargo build --all-features --all-targets

我們能夠執行 Shared Memory 的範例來觀察

# 第一個 terminal
./target/debug/examples/z_pub_shm
# 第二個 terminal
./target/debug/examples/z_sub_shm

我們可以分別在同個機器(使用 Shared Memory 通訊)和不同機器(使用網路通訊)分別執行 z_sub_shm。 從下面可以看到收到的 buffer 分別是 SHM (MUT) 和 RAW 兩種不同的形式。

# 同個機器，使用 Shared memory 的情況
>> [Subscriber] Received PUT ('demo/example/zenoh-rs-pub': '[   0] Pub from Rust SHM!') [SHM (MUT)]
# 不同機器，沒有使用 Shared memory 的情況
>> [Subscriber] Received PUT ('demo/example/zenoh-rs-pub': '[   0] Pub from Rust SHM!') [RAW]

Docker

如果你是在 docker 中運行 Shared Memory，由於預設 docker 允許使用 64 MB，用超過的話會有問題。 你可以把 /dev/shm 掛入 container (-v /dev/shm:/dev/shm) 或者指定一個比較大的 shm-size (--shm-size=32g) 來避免這個問題。

如何判斷有無使用 Shared memory

要如何確認真的是使用 Shared Memory 呢？ 這邊有兩種方法：

  1. 如果是使用 Linux 的話，可以觀察 /dev/shm 有沒有增加 *.zenoh 的檔案。這邊會放置預設 Linux 的 Shared Memory 空間。
  2. 可以用 export RUST_LOG=z=trace 觀察，發布訊息時有沒有出現 ext_shm: Some(ShmType)，這代表使用 SHM 傳送，不然的話只會出現 ext_shm: None

設定檔

  • transport_optimization
    • 除了自行使用 backend 產生 buffer，我們也可以直接用 transport_optimization 針對超過一定 size 的訊息自動用 Shared Memory 來傳輸
    • pool_size 代表有多少記憶體可以使用
    • message_size_threshold 則是超過多大的訊息才需要改用 Shared Memory 傳輸

參考連結