Cloudflare 为 1.1.1.1 瘦身：不换硬件省下 100TB 内存，DNS 查询延迟降低 19%
IT之家 8 月 29 日消息，Cloudflare 昨日发布博客，称其通过对旗下 Big Pineapple 平台的 DNS 缓存数据结构进行优化，成功释放了约 100 TB 的内存（RAM）资源。
Big Pineapple 是 Cloudflare 旗下支撑 1.1.1.1、Gateway DNS、DNS Firewall、AS112 等多项 DNS 服务的平台。该平台在任何时刻均存储超过 2500 亿条 DNS 缓存条目。在这一规模下，每条缓存记录哪怕只多占用 1 字节，整个集群也会额外消耗超过 250GB 内存。
Cloudflare 强调，此次优化并非依赖新硬件，而是完全通过对 Rust 语言编写的数据结构进行重构实现。
首先大家要知道，DNS 缓存由键值对（Key-Value Pairs）组成。键用于标识查询的域名、记录类型、认证状态等信息（例如 ABC.com + A 记录）；值则保存 DNS 响应的网络数据、权威和附加记录，以及创建时间、TTL（IT之家注：Time to Live，即存活时间）和命中次数等元数据。
Cloudflare 优化首先针对 Rust 中 Vec 和 String 的内存开销展开。由于 DNS 响应写入缓存后不会继续修改，Vec 用于动态扩容的 capacity 字段实际上已经没有必要。Cloudflare 因此将相关结构替换为 Box<[T]> 和 Box<str>，减少每个字段 8 字节的开销，同时避免为后续扩容预留额外空间。
每个缓存条目中共有 8 个相关的 Vec 和 String 字段，这一调整理论上可使每条记录减少 64 字节。按照超过 2500 亿条缓存记录计算，仅这一项优化带来的累计节省就超过 15TB。
Cloudflare 随后减少了 DNS 响应中多个列表产生的指针开销。原本数据、权威和附加记录分别存储在不同列表中，现在改为使用单个列表，并通过偏移量标记不同区域的起始位置。由于 DNS 记录数量可以使用 u16 表示，相关字段从指针和长度信息改为更小的偏移量，每个缓存条目又节省了 28 字节。
此外，Cloudflare 还针对 DNS 记录中的 owner 字段进行了优化。多数情况下，记录所属域名与用户查询的域名完全相同，因此缓存时无需重复保存。只有 CNAME 等情况下记录所属域名不同，才会额外保存完整域名。读取缓存时，如果 owner 字段为空，则直接使用缓存键中的查询域名恢复。
Cloudflare 还调整了 Rust 枚举 enum 的存储方式。原有 RecordData 枚举需要按照最大成员 NAPTR 的大小分配空间，导致常见的 A 和 AAAA 记录也要承担大量未使用的空间。由于 A、AAAA 记录占全部流量的 80% 以上，这种设计造成了明显浪费。
优化后，Cloudflare 将较大的 TXT、NAPTR、SVCB 等枚举成员放入堆内存，而 A、AAAA 等体积较小且常见的记录继续直接存储。这样可以让 A 记录每条节省 120 字节。不过，单独进行堆分配也会带来分配器开销和内存局部性下降等问题，因此 Cloudflare 随后继续调整了数据布局。
最终，Cloudflare 将 DNS 记录的数据部分直接保存为连续的原始字节，而不再为每种记录建立单独的解析后对象。每条记录由长度信息和原始数据组成，并集中存储在一个 Box<[u8]> 中。
这种方式取消了此前每个记录对应的枚举和独立堆分配，同时让数据连续排列，有利于 CPU 缓存命中。对于 A、AAAA、TXT 以及 DNSSEC 记录，生成 DNS 响应时可以直接复制已经编码的数据，无需重新逐字段序列化。CNAME、NS、MX、SOA 等包含域名的记录仍需要解析，以便应用 DNS 名称压缩。
Cloudflare 测试显示，这种数据布局使缓存查询延迟进一步降低约 5%。由于缓存写入使用可重复利用的临时缓冲区，记录数据通常无需反复扩容，这一操作还使缓存插入吞吐量单独提升了 13%。
据介绍，这些优化已于 2026 年 5 月 18 日开始逐步部署，并于 7 月 6 日完成在所有相关服务中的推广。生产环境数据显示，实例内存使用量在不同阶段持续下降。在 p99 情况下，单实例常驻内存从 9.3GB 降至 5.3GB，减少 43%；p90 则从 6.5GB 降至 3.8GB，减少 42%，缓存越满的实例省得越多。
基准测试中，这 5 项优化将单条缓存记录的内存占用从 953 字节降至 420 字节，总计减少 56%；每条记录对应的内存分配量则从 1.1KB 降至 461 字节，减少 58%。缓存插入吞吐量从每秒 62.5 万条提高至 89.3 万条，提升 43%；缓存查询延迟从 828 纳秒降至 670 纳秒，降低 19%。
在生产环境中，由于常驻内存还包括缓存以外的进程数据，因此实际降幅小于单条缓存记录的基准测试结果。所有优化完成并趋于稳定后，Cloudflare 整个服务集群的工作集内存约减少 100TB。
Cloudflare 表示，后续计划利用释放出来的内存扩大 DNS 缓存容量，同时不增加整体内存使用量，以提高缓存命中率并减少向上游 DNS 服务器发起的查询请求。
