大家好, 我是Lucy@FinTech社区。上篇文章我们介绍了高频交易系统的特点。

今天这篇文章我们就来一起学习一下高频交易系统的软硬件实现。欢迎大家扫码二维码添加微信，加入FinTech社区，提认知，攒人脉，求职招聘！

目前来看高频交易系统所需的硬件配置有如下几种情况：

• 超频CPU：通常所说的超频简单来说就是人为提高CPU的外频或倍频，使之运行频率得到大幅提升，即CPU超频，提升CPU的运算性能。

• FPGA硬件加速：适用于逻辑性强，从CPU上卸载一些计算任务，减少CPU运算单元的耗时，在高频交易领域比较有优势。

下图为FPGA示意图：

• 使用GPU：并行算法强，适合大数据，比如机器学习，神经网络强化算法，矩阵式计算语言的加速。

下图为机器学习中并行计算的示意图：

关掉CPU节能设置。很多CPU默认有节能功能，在程序运算量不大的时候减少CPU的消耗，这对于高频这种竞速交易系统是非常不适用的。

定义专核专用。目前的CPU都是多核设计的，在交易系统的应用，对核的理解是不一样的，会希望CPU专核专用，服务于特定进程，不要进行自动切换，需要对内核做一些隔离和绑定的操作，一般操作系统都会有专用的参数提供。

对于高频交易系统来说，交易的时效性显得尤为重要，那么对于软件开发人员来说，如何做好低延迟、高并发就是重中之重的事情了！

• 第一，优化kernal控制。

控制了物理的CPU内核之后，就要对操作系统的Kernel进行控制。

操作系统内部会有两种状态，一种是内核态，一种是用户态。在两种状态进行切换的时候，会花费一定的代价。对交易系统来说，这种自动过度的过程也是一种损耗，因此就要对Kernel进行处理。

下图为内核态与用户态的示意图：

例如，一般来说，网络数据的研发，会做一些硬件上的操作，比如看一下网络数据，导入内存中再传输给应用程序。在使用TCP/CP传输的时候，也是内核在维护信息的传输和转移。

• 第二，进行线程隔离。

高频交易系统的开发，尤其要避免上下线程切换，为了做到这一点，常用线程隔离。我们不希望有多个线程竞争同一个层面的CPU内核，一旦发生这样的情况，就势必要进行线程切换。

在开发系统的时候，会尽量保证，一个物理CPU核上只跑一个线程，这个线程就只会做单线程内部的计算，来节省多线程直接切换或者锁的开销。

下图中的线程3、4就发生了竞争：

• 第三，要避免数据的移动。

计算机进行运算的时候，要把数据从相对慢速的存储设备，比如硬盘、网卡读取内存，把数据传输到CPU缓存中，然后再从高速缓存传输到计算器中，经过一层又一层数据在缓存中的移动，最终才能完成系统需要的数据计算。

搞清楚这个过程，我们就很清楚，优化计算事件的解决方案，很重要的一点是尽量避免数据在缓存之间的移动。要设定每个层面上的缓存是怎样使用的，避免数据被交换到更慢速的缓存中去。

• 第四，尽量使用共享内存。

从速度的角度考虑，对内存的读写控制也是重要的工作，我们当然更希望所有的读写都在高速缓存里完成的。

但是程序在编写的时候是直接面对内存，把数据放在内存里，从程序员编程的角度会更加方便。但是，从速度的角度考虑，这种模式会增加系统在内存读写拷贝上的开销。我们会尽量实现zero copy，让数据在产生的区域直接进行运算、转化的操作。

下图为共享内存的示意图：

• 第五，要尽量减少线程锁 (thread lock)。

每增加一个锁，都会增加系统的复杂性，影响系统运行速度，因此要很认真思考有没有承担这部分开销的代价。

我们一般会使用一种叫busy spin的技术，让一个线程中的计算代码，使用代码无限循环的办法，避免任何形式的等待，主动控制CPU的使用，保持在同一个内核上线程一直在高速运转状态里。

当我们开发完成一个交易系统的时候，怎么测试我们的系统呢？下面就给大家推荐几款小应用：

• Netperf/sockperf：用于测试网络速度，确认延时情况，提升网络性能；

• Wireshark/tcpdump：抓取网卡上所有的数据包，提供反映实际系统性能的底层数据；

• Systemtap：提供具体进程状态的统计，可以精细到处于sleep状态的频率、总数、时长；