【Cloudflare出手】重寫1.1.1.1快取架構　記憶體用量降56%　全網省百TB無需加一台伺服器

Cloudflare 近日在官方技術網誌公布，旗下支撐公共 DNS 服務 1.1.1.1 的快取平台完成重新設計，透過五項 Rust 程式語言層面的最佳化，將每項快取記憶體條目的用量由 953 位元組降至 420 位元組，減幅達 56%。以 Cloudflare 目前系統內同時儲存超過 2,500 億項 DNS 快取記錄計算，是次改動令整個伺服器群合共節省約 100 TB 記憶體，相當於 130 台第 13 代伺服器的 RAM 容量，而過程中毋須增添任何一台新伺服器。

從953到420位元組　五招Rust優化如何做到

負責是次項目的系統工程師在網誌文章中拆解具體做法。其中影響最大的一項改動，是將 Rust 語言中的 Vec 及 String 兩種資料結構，改用固定大小的 Box 陣列（boxed slice）取代。由於 DNS 記錄一經寫入快取後不再需要動態擴展，原本 Vec 與 String 為配合擴容而預留的容量元資料（capacity metadata）便屬多餘負擔，單是這一項改動已為全網節省超過 15 TB 記憶體。其餘四項優化包括：整合 DNS 記錄各區段並以位移（offset）方式索引、僅在有需要時才儲存記錄擁有者資訊、將體積較大的枚舉（enum）變體改用指標包裝、以及將記錄改以原始位元組（raw bytes）而非解析後結構儲存。綜合五項改動，每項快取條目連帶的記憶體配置（allocation）亦由 1.1 KB 降至 461 位元組，減幅約 58%。

250億級快取規模　一個位元組浪費即蝕250GB

Cloudflare 在文中強調，Big Pineapple（即支撐 1.1.1.1、Gateway DNS、DNS Firewall 及 AS112 等多項 DNS 服務的內部快取平台）任何時間都同時持有超過 2,500 億項 DNS 快取記錄，令記憶體效率的重要性被無限放大——每項記錄多浪費 1 個位元組，全網計算下來即等於損失超過 250 GB 記憶體。是次優化並非單純節省成本，效能亦同步提升：快取寫入（insert）吞吐量由每秒 62.5 萬項提升至 89.3 萬項；查詢（lookup）延遲則由 828 納秒降至 670 納秒。相關改動由今年 5 月中起逐步推展至 7 月初，期間實測顯示，每部伺服器實例的第 99 百分位（p99）記憶體用量由 9.3 GB 降至 5.3 GB，第 90 百分位（p90）用量亦由 6.5 GB 降至 3.8 GB。

公共DNS競爭　省成本背後基建角力

1.1.1.1 是 Cloudflare 於 2018 年推出的免費公共 DNS 解析服務，主打查詢速度快、注重私隱，與 Google 的 8.8.8.8、Cisco 旗下 OpenDNS 等同類服務長期爭奪全球流量。DNS 解析雖屬用戶日常上網時甚少察覺的底層基建，但查詢速度與穩定性直接影響網頁載入體驗，亦是各大雲端及網絡服務商鞏固自身基建優勢的戰場之一。透過純軟件層面的重寫，在不擴充實體伺服器規模的前提下大幅釋放記憶體資源，意味相關運算資源可轉投其他服務用途，長遠亦有助壓低單位查詢的營運成本。Cloudflare 目前未有透露是否會將同類優化方案，進一步套用至旗下其他快取或儲存密集型產品線。

是次改動反映即使規模已達全球級數的網絡基建，仍有相當空間單靠程式碼層面重構壓縮成本，毋須依賴持續擴充硬件規模。至於同類優化能否複製到其他雲端服務商的公共 DNS 產品、又會否掀起業界新一輪「軟件降本」比拼，仍需視乎後續市場反應及各家基建策略而定。

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