网卡中断及多队列

Posted 2022-03-11 lsgxeva

网卡中断及多队列

作者：cb9e58ff5a37
链接：https://www.jianshu.com/p/e64d8750ab1c

 

=============================

1、判断当前系统环境是否支持多队列网卡，执行命令:

lspci -vvv

如果在Ethernet项中。含有MSI-X: Enable+ Count=9 Masked-语句，则说明当前系统环境是支持多队列网卡的，否则不支持。

2、ethtool -l eth0命令可以看到eth0网卡是否支持多队列，最多支持多少、当前开启多少

3、设置网卡当前使用多队列。运行命令：ethtool -L eth0 combined <N> N为要使能的队列数

4、要确保多队列确实生效，可以查看文件：

# ls /sys/class/net/eth0/queues/

rx-0 rx-2 rx-4 rx-6 tx-0 tx-2 tx-4 tx-6
rx-1 rx-3 rx-5 rx-7 tx-1 tx-3 tx-5 tx-7

如上，如果rx数量是设定值，则正确。

 

X86系统采用中断机制协同处理CPU与其他设备工作。长久以来网卡的中断默认由cpu0处理，在大量小包的网络环境下可能出现cpu0负载高，而其他cpu空闲。后来出现网卡多队列技术解决这个问题。

通过命令cat /proc/interrupts 查看系统中断信息，应该是长下面这个样子。第一列是中断号，比如eth0对应的中断号是24，后面是每个cpu的中断数。

[~]# cat /proc/interrupts 
           CPU0       CPU1       CPU2       CPU3       
  0:        124          0          0          0   IO-APIC-edge      timer
  1:          0          3          2          1   IO-APIC-edge      i8042
  8:          0       1434          2        224   IO-APIC-edge      rtc0
  9:          0          0          0          0   IO-APIC-fasteoi   acpi
 11:          0          7          8          6   IO-APIC-fasteoi   uhci_hcd:usb1
 12:          0         40         38         37   IO-APIC-edge      i8042
 14:          0          0          0          0   IO-APIC-edge      ata_piix
 15:          0       1827         36        221   IO-APIC-edge      ata_piix
 24:          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0
 25:          0    7725709       1718       1717   PCI-MSI-edge      eth1
...

中断绑定

我们可以绑定中断号与处理CPU之间的关系，Linux系统用irqbalance服务优化中断分配，它能自动收集数据，调度中断请求。为了了解中断绑定，我们把irqbalance服务关掉，手工调整绑定关系。

/proc/irq/IRQ_ID/smp_affinity，中断IRQ_ID的CPU亲和配置文件，16进制
/proc/irq/IRQ ID/smp_affinity_list，10进制，与smp_affinity相通，修改一个相应改变。

[ ~]# cat /proc/irq/24/smp_affinity
0001
[ ~]# cat /proc/irq/24/smp_affinity_list 
0
#上面表示0001对应cpu0，可以直接修改绑定关系
[ ~]# echo 4 > /proc/irq/24/smp_affinity
[ ~]# cat /proc/irq/24/smp_affinity_list 
2
#此时中断号24对应的处理CPU为cpu2

[ ~]# mpstat -P ALL 1 1  
Linux 2.6.32-504.23.4.el6.x86_64    03/02/2017  _x86_64_    (10 CPU)

03:04:22 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest   %idle
03:04:23 PM  all    1.51    0.00    2.41    0.00    0.00    2.91    0.00    0.00   93.17
03:04:23 PM    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
03:04:23 PM    1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
03:04:23 PM    2   15.62    0.00   25.00    0.00    0.00   30.21    0.00    0.00   29.17
03:04:23 PM    3    0.00    0.00    0.99    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.01

也可以通过查看/proc/interrupts，此时压测eth0，发现只有cpu2处理的中断数增加。

[ ~]# cat /proc/interrupts | grep 24:
 24:    5249258          0    1304158    2074483   PCI-MSI-edge      eth0
[ ~]# cat /proc/interrupts | grep 24:
 24:    5249258          0    1516771    2074483   PCI-MSI-edge      eth0

亲缘性文件smp_affinity是16进制掩码，可以配置一个中断号和多个cpu绑定，单测试结果并没有将中断自动分配到多个CPU。

[ ~]# echo 11 > /proc/irq/24/smp_affinity
[ ~]# cat /proc/irq/24/smp_affinity      
0011
#16进制11，表示二进制0000,0000,0001,0001，代表cpu0, cpu4
[ ~]# cat /proc/irq/24/smp_affinity_list 
0,4

网卡多队列

RSS（Receive Side Scaling）是网卡的硬件特性，实现了多队列，可以将不同的流分发到不同的CPU上。

通过将中断号绑定到多CPU并没有真正实现中断的分配。支持RSS的网卡，通过多队列技术，每个队列对应一个中断号，通过对每个中断的绑定，可以实现网卡中断在cpu多核上的分配。

[ ~]# ls /sys/class/net/eth0/queues/
rx-0  rx-2  rx-4  rx-6  tx-0  tx-2  tx-4  tx-6
rx-1  rx-3  rx-5  rx-7  tx-1  tx-3  tx-5  tx-7

#eth0都多个队列，/proc/interrupts截取一段，长下面的样子
  95:          1          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0
  96:        161    2175974    2046333    4627889   74362460          0          0          0          0          0          0          0          0          0       8340   39971887     111995        452          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-0
  97:         18   27180874    5828740    3181746    1673296          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0    7981462          0          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-1
  98:       4255   20655084    5985539    3175797    2903580          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   11786675       2485          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-2
  99:         26   14077166    9826129    3129857    3050199          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   15454795          0       1252          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-3
 100:         80   13133364    9766015    2728504    3768519          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   14714758          0          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-4
 101:         18   11351909   15644814    3581350    3822988          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   13055960          0          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-5
 102:       2962    7283522   25860133   11902055    4747040          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0    9042550        200          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-6
 103:         18   12908096   12612013    3411346    5934445          0          0          0          0          0          0          0          0          0          0   10059911          0          0          0          0          0          0          0          0   PCI-MSI-edge      eth0-TxRx-7

这样就可以通过对eth0的不同队列的中断号进行绑定。

RPS/RFS

RSS需要硬件支持，在不支持RSS的环境中，RPS/RFS提供了软件的解决方案。RPS（Receive Packet Steering）是把一个rx队列的软中断分发到多个CPU核上，从而达到负载均衡的目的。RFS（Receive Flow Steering）是RPS的扩展，RPS只依靠hash来控制数据包，提供负载平衡，但是没有考虑到应用程序的位置（指应用程序所在CPU）。RFS目标是通过指派应用线程正在运行的CPU处理中断，增加数据缓存的命中率。

[ ~]# echo 7 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
#开启rps，16进制7代表二进制111，对应CPU0-2

[ ~]# mpstat -P ALL 1 1
03:32:42 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest   %idle
03:32:43 PM  all    1.72    0.00    2.63    0.00    0.00    3.43    0.00    0.00   92.22
03:32:43 PM    0    7.95    0.00   12.50    0.00    0.00   10.23    0.00    0.00   69.32
03:32:43 PM    1    2.88    0.00    8.65    0.00    0.00   14.42    0.00    0.00   74.04
03:32:43 PM    2    5.94    0.00    5.94    0.00    0.00   10.89    0.00    0.00   77.23
03:32:43 PM    3    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
此时进行压测结果显示软中断基本分配到cpu0-2

注意

由于设备比较多，测试数据太长，上面的数据都是经过编辑，改动的地方不影响对中断、绑定和多队列的相关验证。

 

============= End