CN106101019A - 一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其实现过程为:首先通过脚本命令查看网卡是否支持多队列;然后打开网卡多队列;通过脚本命令查看是否已成功打开网卡多队列,每个网卡队列对应不同中断;进行中断亲和纠正,将同一个队列中的tx与rx中断绑定到一个核上。该一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法与现有技术相比,可提高网卡性能测试的准确度,更易发现网卡当前的性能瓶颈,加之该方法简单易操作,可大大提升测试效率,实用性强,易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域,具体地说是一种实用性强、基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法。
背景技术
随着网络科技的迅猛发展,网卡的应用环境变得日渐纷繁复杂,企业应用也对服务器的网卡性能提出了更高的要求。为客户提供简单有效的网卡性能调优手段,使网卡性能得到最好的发挥,也是今后服务的重点。
服务器的应用环境和强度都很特殊,搭建时每一个部件的选用都要格外重视,特别是作为和网络相衔接的网卡。低延迟、高带宽是提高网卡性能的关键,也是今后网卡甄选测试的关注重点。
此外,基于现有技术中的SMP IRQ affinity和网卡多队列技术,其中:
SMP IRQ affinity为:当一个硬件(如磁盘控制器或者以太网卡), 需要打断CPU的工作时, 它就触发一个中断。 该中断通知CPU发生了某些事情并且CPU应该放下当前的工作去处理这个事情。为了防止多个设置发送相同的中断, Linux设计了一套中断请求系统,使得计算机系统中的每个设备被分配了各自的中断号, 以确保它的中断请求的唯一性.从2.4 内核开始, Linux改进了分配特定中断到指定的处理器(或处理器组)的功能. 这被称为SMP IRQ affinity,它可以控制系统如何响应各种硬件事件。允许限制或者重新分配服务器的工作负载, 从而让服务器更有效的工作。 以网卡中断为例,在没有设置SMP IRQaffinity时, 所有网卡中断都关联到CPU0, 这导致了CPU0负载过高,而无法有效快速的处理网络数据包,导致了瓶颈。 通过SMP IRQ affinity, 把网卡多个中断分配到多个CPU上,可以分散CPU压力,提高数据处理速度。
网卡多队列为:
多队列网卡是一种技术,最初是用来解决网络IO QoS (quality of service)问题的,后来随着网络IO的带宽的不断提升,单核CPU不能完全处满足网卡的需求,通过多队列网卡驱动的支持,将各个队列通过中断绑定到不同的核上,以满足网卡的需求。
RSS是网卡的硬件特性,实现多队列,将不同的流分发到不同的CPU上,同一流始终在同一CPU上,避免tcp的顺序性和CPU的并行性的冲突。基于流的负载均衡,解决了顺序协议和CPU并行的冲突以及cache热度问题。
如果服务器的网卡支持RSS,会在系统中看到网卡对应多个发送和接收队列:
[root@localhost ~]# ls /sys/class/net/eth0/queues/;
rx-0 rx-1 rx-2 rx-3 rx-4 rx-5 rx-6 rx-7 tx-0 tx-1 tx-2 tx-3 tx-4 tx-5 tx-6 tx-7;
多队列网卡的好处是可以将每个队列产生的中断分布到CPU的多个核,实现负载均衡,避免了单个核被占用到100%,而其他核还处于空闲的情况。多队列网卡的每个队列的中断都是使用单独的中断线。
为了充分利用多核CPU,Redhat6.1/Centos6.1以上的系统,开始提供RPS(ReceivePacket Steering)和RFS(Receive Flow Steering)。RPS使网卡可以把一个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是RPS的扩展,RPS只依靠hash来控制数据包,提供了好的负载平衡,但是它没有考虑应用程序在哪个CPU上执行(如果应用程序所在的CPU和软中断处理的CPU不是同一个,此时对于CPU cache的影响会很大),那么RFS确保应用程序处理的CPU跟软中断处理的CPU是同一个,这样就充分利用CPU的cache,以此来增加数据缓存的命中率。
本发明提供一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,该方法简单易操作,可大大提升网卡性能,提高网卡性能测试的准确度,更易发现网卡当前的性能瓶颈,加之该方法简单易操作,可大大提升测试效率。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处,提供一种实用性强、基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法。
一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其实现过程为:
首先通过脚本命令查看网卡是否支持多队列;
然后打开网卡多队列;
通过脚本命令查看是否已成功打开网卡多队列,每个网卡队列对应不同中断;
进行中断亲和纠正,将同一个队列中的tx与rx中断绑定到一个核上。
查看网卡是否支持多队列的过程为:通过脚本命令查看网卡参数,当获得的网卡参数MSI-X && Enable+ && TabSize>1时,则该网卡是多队列网卡,其中MSI-X是MSI数组,Enable+指使能,TabSize是数组大小。
打开网卡多队列的具体过程为:首先查看网卡驱动,当网卡驱动默认打开网卡多队列时,不作处理;当网卡驱动默认不打开网卡多队列时,则通过修改并设置相应的网卡驱动参数,重新加载该网卡驱动并重启网络后完成打开网卡多队列的过程。
本发明的一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,具有以下优点:
本发明的一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,可提高网卡性能测试的准确度,更易发现网卡当前的性能瓶颈,加之该方法简单易操作,可大大提升测试效率,解决网卡默认所有中断都关联到CPU0, 这导致了CPU0负载过高,而无法有效快速的处理网络数据包,导致网络丢包,延时过高的问题,以及解决网卡多队列中断默认分布在CPU的单一核上,单个核被占用到100%,而其他核还处于空闲的问题,实用性强,易于推广。
附图说明
附图1为本发明的网卡支持多队列示意图。
附图2为打开网卡多队列示意图。
附图3为不合理中断绑定示意图。
附图4为中断亲和性纠正脚本示意图。
附图5为合理的中断绑定示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示,本发明提供一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其实现过程为:
首先通过脚本命令查看网卡是否支持多队列,具体命令如下:
#lspci –vvv ,该命令可查看网卡参数,如果有MSI-X && Enable+ && TabSize > 1,则该网卡是多队列网卡,其中Message Signaled Interrupts(MSI)是PCI规范的一个实现,可以突破CPU 256条interrupt的限制,使每个设备具有多个中断线变成可能,多队列网卡驱动给每个queue申请了MSI。MSI-X是MSI数组,Enable+指使能,TabSize是数组大小,这里显示可产生8个队列,具体实现图如附图1所示。
然后打开网卡多队列,具体命令如下:
# cat /etc/modprobe.conf(查看网卡驱动),其中broadcom网卡的驱动为e1000,默认打开网卡多队列。具体的broadcom网卡驱动如下所示:
alias eth0 e1000;
alias eth1 e1000;
intel网卡的驱动为igb,默认不打开网卡多队列,需要修改modprobe.conf,设置igb模块参数。
# options igb RSS=8,8 (不同网卡之间的配置用“逗号”隔开)
具体的intel网卡驱动如下所示:
alias eth0 igb;
alias eth1 igb;
options igb RSS=8,8。
修改完毕后重新加载模块并重启网络。
#rmmod igb;
#modprobe igb;
# /etc/init.d/network restart。
通过脚本命令# cat /proc/interrupt | grep eth,查看是否已成功打开网卡多队列,每个网卡队列对应不同中断,如图2所示,产生了8个网卡队列,并且对应着不同的中断,表示该网卡的多队列已打开。
进行中断亲和纠正,将同一个队列中的tx与rx中断绑定到一个核上:一些多队列网卡驱动实现的不是太好,在初始化后会出现图3所示同一个队列的tx、rx中断绑定到不同核上的问题,这样数据在core0与core3之间流动,导致核间数据交互加大,cache命中率降低,降低了效率。
linux network子系统的负责人David Miller提供了一个脚本(详情可参考附录),首先检索/proc/interrupts文件中的信息,按照图4中eth0-rx-0($VEC)中的VEC得出中断MASK,并将MASK写入中断号53对应的smp_affinity中。由于eth-rx-0与eth-tx-0的VEC相同,实现同一个queue的tx与rx中断绑定到一个核上,纠正后的效果图如附图5所示。
最后进行RPS/RFS均衡数据接收中断:对于一个完整的系统来说,不仅有数据包发送的需求还有数据接收的请求,而RPS/RFS主要解决数据接收的一个中断均衡的问题,现在通过一个xps,即Transmit Packet Steering, 这个patch主要是针对多队列的网卡发送时的优化,当发送一个数据包的时候,它会根据CPU来选择对应的队列,目前这个patch已经添加Redhat6.1内核及以上的版本当中,据benchmark介绍,该patch能够提高20%的性能。该功能默认关闭,需要手动开启,具体使用方法如下:
开启RPS(一颗4c的CPU);
#echo f > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/RPS_CPUs;
解析:
Binary Hex
CPU 0 0001 1
CPU 1 0010 2
CPU 2 0100 4
+ CPU 3 1000 8
------------------------------
both 1111 f
如果 4 个CPU核都参与中断处理,那么设为f。
开启RFS(内存大的机器可以设置大于4096):
#echo 4096 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/RPS_flow_cnt;
4096*N(N网卡队列数# cat /proc/interrupts | grep eth0);
#echo 32768 > /proc/sys/net/core/RPS_sock_flow_entries;
总之, 多队列多重中断的网卡在使用了smp affinity之后也可以再使用该RFS/ RPS的功能,在这里他更像是个接收方的调解员,最大程度的提高CPU cache。
本发明通过开启网卡多队列功能,并通过中断亲和性纠正,将网卡多对列的程序流绑定到不同的CPU核上,解决网卡多队列中断默认分布在CPU的单一核上,单个核被占用到100%,而其他核还处于空闲的问题,提高网卡性能。
通过RPS/RFS均衡数据接收中断,RPS把网卡的一个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规避RPS只依靠hash来控制数据包,保证负载平衡,而并没有考虑应用程序在哪个CPU上执行(如果应用程序所在的CPU和软中断处理的CPU不是同一个,此时对于CPU cache的影响会很大)的问题,RFS可辅助RPS,确保应用程序处理的CPU跟软中断处理的CPU是同一个,这样就充分利用CPU的cache,以此来增加数据缓存的命中率,提高网卡性能。
测试发现,I350网卡默认情况下,这个内核将所有的网络负载交给第一个CPU处理,导致了低下的包转发性能,当网络流量达到558k包/秒的时候,就会开始发生丢包现象,网络延迟达到100ms左右。到了1.6M包/秒的输入,丢包率高达20%。之后,我们通过修改CPU、中断、队列相关的亲和性进行对比测试。将网卡的负载分配到4个不同的CPU,获得了最好的包转发性能,并且消除了丢包的现象,网络延迟也降低到10ms左右。
网卡调优后,使用Netperf进行网络测试,采用dstat命令查看服务器的性能状态。
调优后,服务端性能的检测数据具体分析为:
Dstat各参数状态解析:
1)网络性能状态
Recv(网络收包总数)&send(网络发包总数)显示网络收、发包稳定正常,无丢包和网络延迟过高等异常发生, 网络带宽提升,网络延迟降低,网络也已到跑满状态,大概为118M,性能良好。
2)CPU性能状态包括:
用户进程消耗的CPU时间百分比。该值比较高时,说明用户进程消耗的CPU时间多,但是如果长期超过50%的使用,就该考虑优化程序算法或者进行加速了。
内核进程消耗的CPU时间百分比。该值高时,说明系统内核消耗的CPU资源多,这并不是良性的表现,需要检查原因并优化。
IO等待消耗的CPU时间百分比。该值高时,说明IO等待比较严重,这可能是由于磁盘大量作随机访问造成,也有可能是磁盘的带宽出现瓶颈(块操作)。
CPU处在空闲状态时间百分比,该值高时,说明CPU资源消耗不多,性能较优。
硬/软中断次数。该值高时,说明应用程序调用的系统中断次数太多,需要考虑优化。
3)内存状态
in: page in(换入)/out: page out(换出)
内存分页统计: 较大表明系统正在使用大量的交换空间,通常情况下当系统已经开始用交换空间的时候,就说明你的内存已经不够用了,或者说内存非常分散,理想情况下pagein(换入)和page out(换出)的是0 0。
总之,进行中断绑定的多队列网卡性能调优之后,使用Netperf测试网络的性能,发现整系统的CPU和内存的性能都较优,网卡的性能也得到了最大的发挥。
本发明的方法解决了网卡默认所有中断都关联到CPU0,导致CPU0负载过高,而无法有效快速的处理网络数据包,导致网络丢包,延时过高的问题;解决网卡多队列中断默认分布在CPU的单一核上,单个核被占用到100%,而其他核还处于空闲的问题。通过以上两个问题的解决可大大提升网卡的性能,满足客户应用的需求。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案,本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式,任何符合本发明的一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法的权利要求书的且任何所述技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换,皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (3)
1.一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其特征在于,其实现过程为:
首先通过脚本命令查看网卡是否支持多队列;
然后打开网卡多队列;
通过脚本命令查看是否已成功打开网卡多队列,每个网卡队列对应不同中断;
进行中断亲和纠正,将同一个队列中的tx与rx中断绑定到一个核上。
2.根据权利要求1所述的一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其特征在于,查看网卡是否支持多队列的过程为:通过脚本命令查看网卡参数,当获得的网卡参数MSI-X&& Enable+ && TabSize>1时,则该网卡是多队列网卡,其中MSI-X是MSI数组,Enable+指使能,TabSize是数组大小。
3.根据权利要求2所述的一种基于中断绑定的多队列网卡性能调优方法,其特征在于,打开网卡多队列的具体过程为:首先查看网卡驱动,当网卡驱动默认打开网卡多队列时,不作处理;当网卡驱动默认不打开网卡多队列时,则通过修改并设置相应的网卡驱动参数,重新加载该网卡驱动并重启网络后完成打开网卡多队列的过程。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161109 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |