關(guān)于針對(duì)OpenSIPS性能優(yōu)化的討論中，無論從早期的研究還是當(dāng)前的研究中，大家對(duì)優(yōu)化的手段仍然集中在數(shù)據(jù)庫處理，CPU消耗和存儲(chǔ)設(shè)備的處理上。因?yàn)榧夹g(shù)的不斷進(jìn)步和其他軟件手段的更新和資源的關(guān)系，一些優(yōu)化手段也逐漸被引入，包括了分布式部署，云計(jì)算的其他工具。因?yàn)楸救四芰唾Y源有限，筆者不可能涉及太多的討論，我們僅簡(jiǎn)單討論通過自己資源可以優(yōu)化的方式，以便幫助讀者能夠?qū)penSIPS的優(yōu)化有一個(gè)非�；镜恼J(rèn)識(shí)，也是對(duì)OpenSIPS的性能做一個(gè)比較淺顯的分析。這里，筆者首先介紹了關(guān)于OpenSIPS的早期版本OpenSERR的優(yōu)化研究成果的背景介紹，然后介紹了關(guān)于MYSQL如何影響OpenSIPS的性能，接下來介紹了使用內(nèi)存做某些模塊優(yōu)化的概念，最后介紹了如何使用Cache實(shí)現(xiàn)SIP用戶注冊(cè)的示例實(shí)踐。
測(cè)試前說明，如果用戶沒有安裝OpenSIPS和MYSQL數(shù)據(jù)庫的話，筆者不再介紹如何安裝OpenSIPS和mysql數(shù)據(jù)庫，用戶需要首先安裝OpenSIPS和MYSQL環(huán)境，然后再進(jìn)行下面的示例測(cè)試。具體安裝配置方式，讀者可以參考：
最完整快速的安裝方式安裝開源OpenSIPS-3.1和CP控制界面-class 8
如何使用OpenSIPS實(shí)現(xiàn)呼叫隊(duì)列/hunt group
1關(guān)于OpenSIPS的性能研究背景介紹
在早期的OpenSER（OpenSIPS/Kamailio前身）版本使用中，一些研究人員一直對(duì)其服務(wù)器的性能數(shù)據(jù)庫的使用做不同環(huán)境的研究，其中對(duì)數(shù)據(jù)庫和CPU操作的研究做了很多工作，研究人員也提出了很多有價(jià)值的建議和測(cè)試結(jié)果。除了官方的測(cè)試文檔以外，個(gè)人覺得幾位研究人員的論文也值得參考。C. P. Wright就在OpenSER的早期版本針對(duì)不同的硬件平臺(tái)和不同的mysql數(shù)據(jù)庫的處理發(fā)布了關(guān)于SIP server performance on multicore systems的論文。如果讀者對(duì)此論文有興趣的話，可以參考此另外作為一個(gè)理論支撐來優(yōu)化自己的系統(tǒng)。
此圖片以及以下圖片均來自于互聯(lián)網(wǎng)資源
Charles Shen和其他研究人員針對(duì)OpenSIPS的TLS加密對(duì)OpenSIPS的影響做了一個(gè)研究（The Impact of TLS on SIP Server Performance），通過其研究結(jié)果我們?nèi)匀豢梢钥吹结槍?duì)CPU的性能的測(cè)試數(shù)據(jù)。
2OpenSIPS使用mysql
隨著OpenSIPS的技術(shù)架構(gòu)不斷優(yōu)化，各種應(yīng)用場(chǎng)景的優(yōu)化，OpenSIPS的性能也得到了很大的提升。官方對(duì)OpenSIPS的性能有一個(gè)關(guān)于壓力測(cè)試的檢測(cè)數(shù)據(jù)。在其結(jié)論中，數(shù)據(jù)庫的操作是影響OpenSIPS的CPS的一個(gè)非常重要的因素。如果想提高OpenSIPS的性能，官方推薦盡量使用Caching（緩存）來提升OpenSIPS的性能。在默認(rèn)的OpenSIPS環(huán)境中，到了使用了mysql數(shù)據(jù)庫對(duì)一些模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行查處，很多時(shí)候也對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行調(diào)用。OpenSIPS中使用了數(shù)據(jù)庫的模塊包括：
- AUTH_DB
- USRLOC
- PERMISSIONS
- DIALPLAN
- DROUTING
- BLACKLIST
- DOMAIN
- AVPOPS
- 其他模塊
在一般中小型的平臺(tái)應(yīng)用環(huán)境中，這些模塊數(shù)據(jù)讀取可能不會(huì)影響OpenSIPS的性能。但是，如果SIP用戶數(shù)量達(dá)到一定的級(jí)別，呼叫路由規(guī)則，黑白名單模塊的數(shù)量達(dá)到一定級(jí)別以后，每個(gè)呼叫都要經(jīng)過這些流程的處理的話，如果這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫的頻繁讀取就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，可能數(shù)據(jù)庫也會(huì)受到嚴(yán)重影響。在默認(rèn)環(huán)境中，MYSQL的連接是100，這就會(huì)導(dǎo)致CPU不斷頻繁調(diào)用數(shù)據(jù)庫操作， 對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的使用頻率也會(huì)增加。很多時(shí)候，因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因或者處理速度減慢，一些MYSQL具體的命令也會(huì)影響到CPU的消耗，這仍然需要用戶通過一定的命令手段來進(jìn)行排查。比較幸運(yùn)的是，目前MYSQL開源數(shù)據(jù)庫都支持了相應(yīng)的排查工具來實(shí)現(xiàn)跟蹤MYSQL命令檢測(cè)CPU的消耗。具體實(shí)現(xiàn)方式：
pidstat -t -p <mysqld_pid> 1
mysql > select * from performance_schema.threads where THREAD_OS_ID = XXXXX \G
mysql > select * from performance_schema.threads where THREAD_OS_ID = XXXXX \G
一步步排查每個(gè)SQL 命令的消耗狀態(tài)。具體排查方式，請(qǐng)參考鏈接。
除了MYSQL數(shù)據(jù)庫的配置以外，存儲(chǔ)設(shè)備的讀取速度也是一個(gè)影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，無論是HDD還是SSD的存儲(chǔ)方式，它們的讀取速度仍然落后內(nèi)存讀取的速度。因此優(yōu)化內(nèi)存是一個(gè)比較可行的，相對(duì)低成本的方式。具體關(guān)于通過存儲(chǔ)設(shè)備選擇優(yōu)化系統(tǒng)的討論，讀者可以參考鏈接的內(nèi)容，這里不再贅述。
3OpenSIPS中使用Cache緩存
在緩存使用的優(yōu)化中，SIP用戶注冊(cè)就是一個(gè)非常典型的例子（其他模塊，例如TM/事務(wù)處理也非常消耗資源）。在我們的用戶場(chǎng)景中，假設(shè)，SIP用戶需要一般每隔60秒對(duì)OpenSIPS進(jìn)行注冊(cè)，這樣OpenSIPS才能獲得其狀態(tài)。為了讓服務(wù)器端獲得其狀態(tài)，SIP客戶端只能每隔一段時(shí)間對(duì)服務(wù)器支持，刷新數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。這樣的操作其實(shí)是非常消耗系統(tǒng)的注意，數(shù)據(jù)庫性能也會(huì)大大下降。在OpenSIPS的模塊中，例如INVITE呼叫，撥號(hào)規(guī)則路由查詢等類似SIP注冊(cè)這樣的操作很多，需要經(jīng)常頻繁調(diào)用一些常規(guī)數(shù)據(jù)。這樣的操作可以通過一定的手段進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的。catching就是其中一種非常實(shí)用的優(yōu)化方式，通過在內(nèi)存存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，OpenSIPS可以不通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用來查詢數(shù)據(jù)，直接調(diào)用內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，從而提高了OpenSIPS的運(yùn)行速度。如果OpenSIPS優(yōu)化中使用caching（緩存方式）的話，可以直接從caching緩存中獲取用戶注冊(cè)信息，速度快，也無需訪問數(shù)據(jù)庫。在OpenSIPS環(huán)境中，目前支持的緩存是通過OpenSIPS core 模塊和其他模塊實(shí)現(xiàn)。支持的方式包括：Local Cache, MemCache，Redis, Cassandra, MongoDB和CouchBase。在OpenSIPS中的其設(shè)置非常簡(jiǎn)單：
除了存儲(chǔ)以外，OpenSIPS還可以移除cache，提取，查詢新的數(shù)據(jù)等功能。OpenSIPS支持的cache用戶驗(yàn)證流程：
通過以上圖例，我們可以看到，OpenSIPS關(guān)于緩存處理的基本處理邏輯是，OpenSIPS通過執(zhí)行MYSQL 認(rèn)證數(shù)據(jù)庫，把用戶名稱和密碼存儲(chǔ)在cache中，緩存數(shù)據(jù)保持一定的生命周期。如果新新用戶需要驗(yàn)證的話，首先檢測(cè)緩存中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，如果此用戶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩存中，則直接此緩存中查詢用戶驗(yàn)證信息；如果在緩存中沒有此用戶的信息，則返回?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，執(zhí)行驗(yàn)證流程。下一次用戶需要認(rèn)證時(shí)，OpenSIPS就會(huì)從緩存中提取用戶驗(yàn)證信息而不是再次通過執(zhí)行數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證來驗(yàn)證用戶信息，這樣就會(huì)降低對(duì)mysql的讀取次數(shù)。用戶名稱和用戶密碼通過不同的key pair來實(shí)現(xiàn)。
4OpenSIPS中使用Memcache支持SIP注冊(cè)
筆者介紹了基本的cache的操作步驟，現(xiàn)在我們針對(duì)SIP用戶注冊(cè)的緩存處理做一個(gè)配置示例，通過此示例說明OpenSIPS如何通過緩存數(shù)據(jù)來驗(yàn)證用戶密碼的流程。OpenSIPS官方網(wǎng)站對(duì)此配置有簡(jiǎn)單的說明，具體模塊配置的細(xì)節(jié)讀者可以參考官方配置文檔，我們這里僅通過一個(gè)配置cfg基本來說明演示SIP賬號(hào)的驗(yàn)證處理流程。用戶需要按照以下幾個(gè)步驟來配置緩存驗(yàn)證的流程。
首先，用戶需要編輯cfg文件，添加必要的支持模塊：
modparam（"auth", "calculate_ha1", 1）
modparam（"auth","username_spec","$avp（userspec）"）
modparam（"auth","password_spec","$avp（passwd）"）
然后加載此模塊：
loadmodule "cachedb_local.so"
處理cache數(shù)據(jù)的邏輯，添加緩存中的數(shù)據(jù)庫用戶名稱和用戶密碼。在注冊(cè)處理流程模塊做用戶驗(yàn)證，cfg首先執(zhí)行緩存數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，然后執(zhí)行mysql數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證，最后保存緩存數(shù)據(jù)流程。
route[handle_register] // 執(zhí)行緩存處理和數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證處理流程：
if（cache_fetch（"local","passwd_$tU@$td",$avp（passwd））） {
$avp（userspec） = $tU;
// 通過緩存數(shù)據(jù)驗(yàn)證用戶名稱和密碼，否則執(zhí)行mysql數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證
if （!pv_www_authorize（""）） {
www_challenge（"", " auth,auth-int " ）;
exit;
}
} else { // 執(zhí)行mysql數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證
if （!www_authorize（"", "subscriber"）） {
www_challenge（"", "auth"）;
exit;
}
// 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫用戶的密碼驗(yàn)證，保存到緩存中
cache_store（"local","passwd_$tU@$td","$avp（passwd）",1200）;
}
// 完成驗(yàn)證
if （!$au==$tU） {
send_reply（403,"Forbidden auth ID"）;
exit;
}
if （!save（"location"））
sl_reply_error（）;
exit;
}
保存cfg配置文件以后，用戶重新啟動(dòng)OpenSIPS，然后通過mysql log日志觀察log消息，查看數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的變化。具體mysql數(shù)據(jù)庫的log設(shè)置，用戶可以通過：
mysql -e "SET GLOBAL general_log=1;"
mysql -e "SET GLOBAL general_log_file='mariadb.log';"
其log保存的文件路徑在 /var/lib/mysql/mariadb.log 。
如果用戶要測(cè)試其配置是否成功的話，用戶也可以使用一個(gè)SIP軟電話執(zhí)行注冊(cè)然后退出，再次執(zhí)行注冊(cè)流程，查看打印日志的變化。通過兩次SIP賬號(hào)注冊(cè)，如果配置正確的話，用戶注冊(cè)時(shí)應(yīng)該分別訪問了mysql數(shù)據(jù)庫和cache的保存的數(shù)據(jù)。
通過緩存方式驗(yàn)證SIP注冊(cè)以外，此用戶的密碼仍然可以使用在其他的請(qǐng)求中，例如INVITE請(qǐng)求呼叫或者訂閱消息中。如果實(shí)現(xiàn)INVITE呼叫的話，需要使用pv_proxy_authorize（）來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要修改幾個(gè)相關(guān)的變量（例如，$fu等）來保存相關(guān)的緩存數(shù)據(jù)。用戶也可以通過此思路做進(jìn)一步的驗(yàn)證，這里不做過多討論。
通過以上示例，讀者可以看到，我們使用一個(gè)SIP 賬號(hào)實(shí)現(xiàn)的緩存數(shù)據(jù)驗(yàn)證的流程。讀者可以想象一下，如果服務(wù)器啟動(dòng)以后，成百上千個(gè)SIP用戶同時(shí)對(duì)OpenSIPS服務(wù)器端發(fā)起注冊(cè)的話，沒有緩存驗(yàn)證的支持的話，對(duì)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。所以，通過緩存數(shù)據(jù)的調(diào)用可以優(yōu)化OpenSIPS的性能。
另外，讀者可以看到，我們實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)按需驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫的過程，每個(gè)用戶注冊(cè)時(shí)，需要重復(fù)執(zhí)行以上的步驟，把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存的緩存數(shù)據(jù)中。另外一個(gè)更加優(yōu)化的方式是，在OpenSIPS啟動(dòng)以后，使用full caching的方式，在起始的啟動(dòng)腳本邏輯模塊中就完全提取數(shù)據(jù)庫用戶驗(yàn)證數(shù)據(jù)，然后在緩存中保存這些完整的全部驗(yàn)證數(shù)據(jù)。通過這樣的操作就避免了每一次用戶注冊(cè)都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的驗(yàn)證處理，僅需要通過緩存驗(yàn)證流程。
5總結(jié)
在本文章中，筆者首先介紹了關(guān)于系統(tǒng)性能測(cè)試的背景，然后介紹了mysql對(duì)OpenSIPS的影響，接下來筆者針對(duì)OpenSIPS中使用的一些必要模塊做了介紹，最后通過SIP注冊(cè)的示例說明使用緩存的方式。通過此基本示例讓讀者了解如何優(yōu)化自己的OpenSIPS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的性能處理能力。
用戶使用MemCache可以優(yōu)化OpenSIPS的性能，但是使用內(nèi)存處理同樣也會(huì)引起其他的問題，例如系統(tǒng)維護(hù)問題，腳本處理流程需要規(guī)范，同步cache和拓展性的問題。用戶最終需要評(píng)估使用MemCache的風(fēng)險(xiǎn)來決定是否使用MemCache。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，用戶當(dāng)然也可以考慮使用其他的方式來優(yōu)化或者改善OpenSIPS的性能，例如，使用分布式數(shù)據(jù)庫，使用更高速的存儲(chǔ)設(shè)備，其他的軟件手段等方式。
參考資料：
C. P. Wright，SIP server performance on multicore systems
Charles Shen，The Impact of TLS on SIP Server Performance
J. Bradley Chen, The Measured Performance of Personal Computer Operating Systems
https://en.wikipedia.org/wiki/Benchmark_（computing）
https://core.ac.uk/download/pdf/207501118.pdf
https://www.opensips.org/About/PerformanceTests-StressTests
https://www.sqlite.org/fasterthanfs.html
https://medium.com/@denisanikin/when-and-why-i-use-an-in-memory-database-or-a-traditional-database-management-system-5737f6d406b5
https://web.archive.org/web/20120319101435/http://www.pcguide.com/ref/hdd/perf/perf/spec/posAccess-c.html
https://www.opensips.org/Documentation/Tutorials-MemoryCaching
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