性能基线¶
本基线测量本机拓扑的启停耗时、运行后空闲状态的 CPU 和内存占用，并检查主机之间是否连通。测量对象是当前检出的项目版本。
测量方法¶
tools/benchmark.py 分别构建 1、2、4、8 台交换机，每台连接两台主机。各组交换机与主机相互独立，增加交换机数量会增加进程和命名空间数量，不会增加转发跳数。所有交换机都运行自带的 examples/quick_start/quick_start.p4 端口互换程序，使用 BMv2 默认的 info 日志级别，不启用抓包或链路损伤。
每种规模分别在以下两种编译缓存状态下运行五次：
- 空缓存（empty）：每次试验使用新的产物目录。第一台交换机编译程序，其余交换机复用产物。
- 预热缓存（warm）：先在本次试验的新目录中编译程序，再计时启动拓扑。所有交换机都复用产物，每次调用仍会执行 P4 预处理。
这里的缓存指 p4net 的编译产物缓存。脚本不会清空操作系统的文件缓存，会核对并保存每台交换机的缓存命中情况。缓存与拓扑规模的执行顺序逐轮交替。
每次试验都启动新的 Python 解释器。协调进程不建立 gRPC 连接，避免前一次试验的 gRPC 线程影响后续进程创建。垃圾回收保持默认设置。
| 指标 | 统计范围 |
|---|---|
| 启动耗时（秒） | 仅对 Network.start() 调用计时。包含编译或缓存查找、命名空间和接口配置、依次启动 BMv2、连接 P4Runtime 和安装流水线。不含解释器启动、拓扑描述构建和缓存预热。 |
| 停止耗时（秒） | 仅对 Network.stop() 调用计时，包含关闭控制连接、停止 BMv2、删除接口和命名空间。 |
| 空闲 CPU（%） | 拓扑的 Python 工作进程与全部 BMv2 进程的用户态、内核态 CPU 时间之和，除以实际采样时长。100% 代表占用一个逻辑 CPU，总和可以超过 100%。 |
| PSS（MiB） | 每次采样先汇总上述进程的比例常驻内存，再对采样值取平均。共享映射按使用进程分摊。 |
| RSS 总和（MiB） | 每次采样先汇总上述进程的常驻内存，再对采样值取平均。共享页面可能被重复计算。 |
| 连通性 | 每组主机双向各发送一次 IPv4 ping。全部成功后，该次试验才会产生结果。 |
启停计时使用 Python 的 perf_counter_ns()。连通性检查完成后先静置一秒，再由协调进程每隔 250 毫秒采样一次，持续五秒。CPU 时间读取自 /proc/PID/stat，内存读取自 /proc/PID/smaps_rollup，字段含义见 Linux proc 文档。采样期间持续核对进程身份。
资源数据只覆盖空闲窗口内的 Python 工作进程和 BMv2 进程，不包含协调进程、编译子进程、内核网络资源或其他应用。内存值是采样均值，不是完整启停周期的峰值。ping 在采样前执行，不预设静态 ARP，只检查连通性，不报告 RTT 或吞吐量。
本地运行¶
在 Linux 环境的项目源码目录中运行。先将 p4net 安装到虚拟环境，并确认 PATH 中有 p4c、simple_switch_grpc、ip 和 ping。创建命名空间和读取进程内存需要 root。
先在仓库根目录检查脚本和本机依赖：
sudo env "PATH=$PATH" .venv/bin/python tools/benchmark.py \
--check --switches 1 2 --output .cache/benchmarks/check
--check 对每种规模和缓存组合运行一次，检查缓存行为、双向连通性、进程内存读取和资源回收，不保存性能采样、启停耗时或汇总表。
正式采集前，关闭占用 CPU 或内存较多的应用，等待后台活动平稳。如果重启电脑，等开机任务结束后再测。不同轮次保持相同的电源模式、WSL 资源限制和其他负载条件。
sudo env "PATH=$PATH" .venv/bin/python tools/benchmark.py \
--switches 1 2 4 8 --trials 5 \
--idle-seconds 5 --interval 0.25 --settle 1 \
--output .cache/benchmarks/baseline
输出目录必须是新目录。后续试验失败时，已经完成的日志和结果会保留。遇到错误或协调进程退出时，脚本会请求工作进程清理拓扑。正常停止后还会检查拓扑进程、命名空间和交换机接口是否残留。
测试环境¶
environment.json 记录系统时间、Git 版本与工作区状态、脚本和 P4 源文件的哈希值、Python 及依赖版本、p4c/BMv2 版本、Linux 和发行版信息、CPU 信息与亲和性、内存信息、负载及测量参数。保存结果时一并保留这个文件。
WSL2 数据只代表对应的 WSL2 环境。估算另一台机器的启停耗时或内存需求时，应在目标机器上测量。
下方基线采集于 2026-10-23，运行代码对应 b2ebbc9，包版本为 1.7.0。
| 项目 | 实际环境 |
|---|---|
| 采集时段 | 2026-10-23 01:48–01:54，UTC+08:00 |
| CPU | Intel Core i5-13500H，进程可使用 16 个逻辑 CPU |
| 内存 | WSL2 可见 7.75 GiB |
| 系统 | Ubuntu 24.04.5 LTS，Linux 6.6.87.2-microsoft-standard-WSL2 |
| Python | 3.12.3 |
| 本机工具 | p4c 1.2.5.10（8b6de3c57，Release），BMv2 1.15.0-2bdd0b7b |
| 依赖 | grpcio 1.84.0、pyroute2 0.9.6、protobuf 7.36.2、p4runtime 1.6.0 |
测量结果¶
results.json 保存全部已完成的试验。每次试验的目录还包含独立的 result.json、拓扑节点名称、编译产物和 BMv2/工作进程日志。结果中保留每个进程的资源采样和双向 ping 检查结果。某次试验失败时会停止整轮运行，不将未完成的结果计入汇总。
summary.md 对每种规模和缓存组合汇总五次试验，分别列出启动耗时、停止耗时、空闲 CPU 占用和内存采样均值的中位数。发布表格时同时保留原始数据，以便查看波动。
40 次试验全部完成，300 次方向性 ping 检查全部成功。每次试验产生 21 次资源采样，实际空闲窗口为 5.001–5.012 秒。没有剔除任何试验，每个拓扑的资源回收检查均通过。
| 交换机 | 主机 | 缓存 | 次数 | 启动（秒） | 停止（秒） | 空闲 CPU（%） | PSS（MiB） | RSS 总和（MiB） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | empty | 5 | 0.475 | 0.206 | 0.4 | 82.4 | 97.4 |
| 1 | 2 | warm | 5 | 0.264 | 0.200 | 0.4 | 82.4 | 97.4 |
| 2 | 4 | empty | 5 | 0.735 | 0.429 | 1.0 | 96.0 | 138.1 |
| 2 | 4 | warm | 5 | 0.530 | 0.411 | 1.0 | 95.9 | 138.1 |
| 4 | 8 | empty | 5 | 1.250 | 0.896 | 1.8 | 121.9 | 219.6 |
| 4 | 8 | warm | 5 | 1.011 | 0.856 | 1.6 | 121.8 | 219.5 |
| 8 | 16 | empty | 5 | 2.278 | 1.714 | 2.8 | 173.0 | 382.5 |
| 8 | 16 | warm | 5 | 2.079 | 1.658 | 2.6 | 173.0 | 382.5 |
表中各值均为五次试验的中位数，内存列先对每次试验的采样取平均。CPU 以一个逻辑 CPU 为 100%。这台机器的 CPU 时间按 10 毫秒计数，在五秒窗口中约对应 0.2 个百分点。
单交换机空缓存组的启动耗时范围为 0.449–0.795 秒。八交换机预热缓存组的启动耗时范围为 2.004–2.142 秒，停止耗时为 1.588–1.833 秒。原始基线数据包包含全部试验、环境信息、启停耗时范围、日志、实际使用的脚本和 P4 源文件，以及 SHA-256 校验清单。
观察¶
本次测量中，预热缓存组的启动耗时中位数比对应的空缓存组低 0.20–0.24 秒。八交换机预热缓存拓扑的启动耗时中位数为 2.079 秒，停止为 1.658 秒，PSS 采样均值的中位数为 173.0 MiB，空闲 CPU 为 2.6%。这些数据可用于估算这台机器上相同场景的开销，更大规模需要单独测量。
当前 BMv2 停止流程在发送 SIGTERM 后最多等待五秒，必要时再发送 SIGKILL。这是超时时间，不是预期停止耗时。
适用范围¶
本基线只发送连通性探测报文，不测量吞吐量、负载下丢包率、RTT 分布或交换机处理时延。P4 程序、表项、BMv2 构建、日志、抓包和流量模式都会影响转发性能。设计流量测试时，可参考已知限制和 BMv2 性能说明。