ARM架構是云計算的未來嗎？

中央處理器 (CPU) 可以與人腦進行比較，因為其獨特的架構允許它們以不同的方式求解數學方程。現在，x86是云計算中使用的主要架構。然而，值得注意的是，這種架構并非對所有場景都有效，其專有性質正在導致行業轉向 Arm。

Arm是一種 CPU 架構，為大多數平板電腦和智能手機以及世界上最快的超級計算機 Fugaku 提供動力。Arm 的低功耗和高計算性能使其成為云計算中 x86 當之無愧的對手。

在本文中，我們將討論一些流行的 Arm 項目，x86 和 Arm 架構之間的主要區別，并探討我們如何通過為開發人員提供基于 ARM 的容器環境來為他們的未來做好準備。

1、ARM 與 x86

越來越多的公司轉向 Arm 以降低成本和能源消耗。雖然 x86 仍然是專有的CPU 架構，但 Arm向其他公司提供許可證。這允許這些公司使用 Arm 的專利技術設計定制處理器。

亞馬遜定制設計的 Graviton 處理器是 Arm 在云計算中的一個很好的例子。通過使用這些處理器，AWS A1 實例可提供與 x86 EC2 實例相當的性能，同時節省 40%的成本。

Arm 和 x86 之間的主要區別可以追溯到這些 CPU 執行指令的方式。例如，普通的 x86 臺式機 CPU 使用復雜指令集計算機 (CISC) 架構的實現，允許單個指令在每個時鐘周期內執行多步操作。

另一方面，Arm 使用精簡指令集計算機 (RISC) 架構的實現，允許它使用有限的、高度優化的指令集在每個時鐘周期執行一條指令。

2、Arm容器

大多數人可能會想，“許多容器運行時環境，例如 Docker，可以使用buildx（或類似的）命令為各種 CPU 架構創建容器，那么我們為什么還要進行這種對話呢？”

盡管docker build --platform可以創建特定于平臺的映像，但不能運行從配方 (Dockerfile) 執行二進制文件的命令。

在以下示例中，大家可以看到由于主機和二進制架構類型之間的差異而導致的構建失敗。

容器與主機共享 CPU 和內核，這意味著底層硬件決定了可以在容器環境中使用的指令集。這可以在之前的 Docker 構建輸出中以紅色突出顯示。

我們使用的可執行程序被編譯為二進制文件。編譯是軟件開發過程中的一個神奇步驟，其中編譯器（軟件）獲取一段源代碼（可以說是人類可讀的）并將其轉換為特定于 CPU 的二進制機器代碼（即 1 和 0）。簡單來說：程序是由其他程序制作的。有一些基于解釋器的語言可以直接從源代碼執行指令，但我們不要深陷其中。

3、使用Linux

Linux 內核包含許多功能，是一個模塊化軟件，可以根據使用要求進行廣泛定制。其中一項功能 binfmt_misc 允許用戶使用解釋器在系統中運行幾乎任何二進制文件，而不管二進制編譯的體系結構如何。Linux 可以配置為使用binfmt_misc并匹配二進制文件的開始字節，以確定哪個解釋器適合執行它。

在我們的例子中，我們需要使用能夠理解 ARM64 CPU 指令的解釋器來運行所有內容。

ProjectMultiarch使用相同的概念將管理程序 QEMU 注冊為解釋器，允許用戶模擬容器的各種 CPU 架構。

4、仿真成本

仿真是一種無需實際硬件即可開始測試和開發解決方案的好方法。然而，值得注意的是，仿真在原生平臺之上增加了一層開銷，使其不適合生產環境。

有限的功能和邊緣情況，例如由于不是原生而導致的性能輸出較低，可能是仿真成本的一個例子。

5、用例

近年來，編程語言已經發展到支持多體系架構，并且在大多數情況下，支持像 Arm 這樣的架構幾乎不需要付出任何努力。

Web 層項目是 Arm 集成的一個很好的起點。例如，Apache和NGINX等項目是非常流行的 Web 服務器，它們已經支持 Arm 架構。值得注意的是，對 Arm 的支持并不是唯一的好處，因為在 ARM 環境中將 NGINX 作為緩存服務器或反向代理運行將獲得比 x86 更好的性能。

內存數據庫是 Arm 架構可以提供改進的另一個領域。使用 RISC 架構，與 x86 環境相比，Redis 等應用程序可以實現引人注目的性能。

以下基準測試比較了Redis 在x86和ARM64 CPU架構下的設置和獲取操作。

6、結論

Arm 架構似乎是 x86 系統的絕佳替代品，并且由于其效率，公司正在為其未來的云計算進行投資。轉換應用程序和集群可能會在不影響性能的情況下節省成本。