linux默认会起n个ksofttrip进程,n等于cpu的个数,ksofttrip是死循环,只要有软中断,它就会一直去获取,n个ksoftrip获取源是一样的,为什么要起n个进程呢?就是为了 ,当某个cpu空闲,哪个就去跑。通常 *** 作系统里它的进程名是 ksoftrip/n ,n是对应的cpu的编号,ksoft进程跟cpu是一对一绑定的。
现在来说说网卡的性能问题,要想优化,首先你的网卡必须是多通道队列的。那如何知道你的网卡是否是多队列的呢? 通过cat /proc/interrept |grep eth0|wc -l 可以看到网卡通道队列的数量.
现在来来说说优化方案,为什么要优化,因为linux默认情况所有的网卡的软中断都是的cpu0,所以加入你的ksoftrip/0总是跑满,就说明可能是网卡问题了。
方案1 ,SMP IRQ affinity技术
说白了,就是信号量分布技术,把特定信号量的处理放到固定的cpu上,每个网卡的通道队列都有一个自己的信号量。
首先查看所有网卡通道队列的信号量,方法 cat/proc/interrept |grep eth0
每行最开头的数字“n:”就是信号量,在/proc/irq/下面可以找到对应的以信号量命名的目录
找完了之后,可以进行信号量绑定了,在/proc/irq/n/下面有两个文件,分别是smp_affinity跟smp_affinity_list, 这两个是文件的内容是对应的,smp_affinity里是通过bitmask算法绑定cpu,smp_affinity_list是通过数字指定cpu编号的方法,例如 cpu0,文件里就是“0”,如果是cpu1跟2就是“1,2”
!!重点来了,虽然默认里面填写的是多个,但是!!!但是它只跑在绑定cpu中的第一个!!!坑啊!!!
所以,你要做的就是单独绑定每一个网卡的通道队列。
直接echo "1" >/proc/irq/ (cpu1的信号量)/snmp_affinity_list
echo "3" >/proc/irq/$(cpu2的信号量)/snmp_affinity_list
这个是最快速的解决方案,提升效率显著啊!!!
升级方案2,在方案1基础之上,RPS/RFS技术
此技术大家可以查网上,文章很多,优化效果是,单个网卡通道队列的软中断会平均到所有cpu上,并且会优化为,中断落在发出中断的程序所在的那个cpu上,这样节省了cpu cache。
坏消息是对单队列网卡而言,「smp_affinity」和「smp_affinity_list」配置多CPU无效。
好消息是Linux支持RPS,通俗点来说就是在软件层面模拟实现硬件的多队列网卡功能。
首先看看如何配置RPS,如果CPU个数是 8 个的话,可以设置成 ff:
shell>echo ff >/sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
接着配置内核参数rps_sock_flow_entries(官方文档推荐设置: 32768):
shell>sysctl net.core.rps_sock_flow_entries=32768
最后配置rps_flow_cnt,单队列网卡的话设置成rps_sock_flow_entries即可:
echo 32768 >/sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_flow_cnt
说明:如果是多队列网卡,那么就按照队列数量设置成 rps_sock_flow_entries / N 。
中断是系统用来响应硬件设备请求的一种机制,它会打断进程的正常调度和执行,然后调用内核中的中断处理程序来响应设备的请求。
你可能要问了,为什么要有中断呢?我可以举个生活中的例子,让感受一下中断的魅力。
比如你订了一份外卖,但是不确定外卖什么时候送到,也没有别的方法了解外卖的进度,但是,配送员送外卖是不等人的,到了你这儿没人取的话,就直接走人了,所以你只能苦苦等着,时不时去门口看看外卖送到没,而不能干其他事情。
不过呢,如果在订外卖的时候,你就跟配送员约定好,让他送到后给你打个电话,那你就不用苦苦等待了,就可以去忙别的事情,直到电话一响,接电话、取外卖就可以了。
这里的“打电话”,其实就是一个中断。没接到电话的时候,你可以做其他的事情;只有接到了电话(也就是发生中断),你才要进行另一个动作:取外卖。
这个例子你就可以发现, 中断其实是一种异步的事件处理机制,可以提高系统的并发处理能力。
由于中断处理程序会打断其他进程的运行,所以, 为了减少对正常进程运行调度的影响,中断处理程序就需要尽可能快地运行。 如果中断本身要做的事情不多,那么处理起来也不会有太大问题;但如果中断要处理的事情很多,中断服务程序就有可能要运行很长时间。
特别是,中断处理程序在响应中断时,还会临时关闭中断。这就会导致上一次中断处理完成之前,其他中断都不能响应,也就是说中断有可能会丢失。
那么还是以取外卖为例。假如你订了 2 份外卖,一份主食和一份饮料,并且是由 2 个不同的配送员来配送。这次你不用时时等待着,两份外卖都约定了电话取外卖的方式。但是,问题又来了。
当第一份外卖送到时,配送员给你打了个长长的电话,商量发票的处理方式。与此同时,第二个配送员也到了,也想给你打电话。
但是很明显,因为电话占线(也就是关闭了中断响应),第二个配送员的电话是打不通的。所以,第二个配送员很可能试几次后就走掉了(也就是丢失了一次中断)。
如果你弄清楚了“取外卖”的模式,那对系统的中断机制就很容易理解了。事实上,为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题,Linux 将中断处理过程分成了两个阶段,也就是 上半部和下半部:
比如说前面取外卖的例子,上半部就是你接听电话,告诉配送员你已经知道了,其他事儿见面再说,然后电话就可以挂断了;下半部才是取外卖的动作,以及见面后商量发票处理的动作。
这样,第一个配送员不会占用你太多时间,当第二个配送员过来时,照样能正常打通你的电话。
除了取外卖,我再举个最常见的网卡接收数据包的例子,让你更好地理解。
网卡接收到数据包后,会通过 硬件中断 的方式,通知内核有新的数据到了。这时,内核就应该调用中断处理程序来响应它。你可以自己先想一下,这种情况下的上半部和下半部分别负责什么工作呢?
对上半部来说,既然是快速处理,其实就是要把网卡的数据读到内存中,然后更新一下硬件寄存器的状态(表示数据已经读好了),最后再发送一个 软中断 信号,通知下半部做进一步的处理。
而下半部被软中断信号唤醒后,需要从内存中找到网络数据,再按照网络协议栈,对数据进行逐层解析和处理,直到把它送给应用程序。
所以,这两个阶段你也可以这样理解:
实际上,上半部会打断 CPU 正在执行的任务,然后立即执行中断处理程序。而下半部以内核线程的方式执行,并且每个 CPU 都对应一个软中断内核线程,名字为 “ksoftirqd/CPU 编号”,比如说, 0 号 CPU 对应的软中断内核线程的名字就是 ksoftirqd/0。
不过要注意的是,软中断不只包括了刚刚所讲的硬件设备中断处理程序的下半部,一些内核自定义的事件也属于软中断,比如内核调度和 RCU 锁(Read-Copy Update 的缩写,RCU 是 Linux 内核中最常用的锁之一)等。
不知道你还记不记得,前面提到过的 proc 文件系统。它是一种内核空间和用户空间进行通信的机制,可以用来查看内核的数据结构,或者用来动态修改内核的配置。其中:
运行下面的命令,查看 /proc/softirqs 文件的内容,你就可以看到各种类型软中断在不同 CPU 上的累积运行次数:
在查看 /proc/softirqs 文件内容时,你要特别注意以下这两点。
第一,要注意软中断的类型,也就是这个界面中第一列的内容。从第一列你可以看到,软中断包括了 10 个类别,分别对应不同的工作类型。比如 NET_RX 表示网络接收中断,而 NET_TX 表示网络发送中断。
第二,要注意同一种软中断在不同 CPU 上的分布情况,也就是同一行的内容。正常情况下,同一种中断在不同 CPU 上的累积次数应该差不多。比如这个界面中,NET_RX 在 CPU0 和 CPU1 上的中断次数基本是同一个数量级,相差不大。
不过你可能发现,TASKLET 在不同 CPU 上的分布并不均匀。TASKLET 是最常用的软中断实现机制,每个 TASKLET 只运行一次就会结束 ,并且只在调用它的函数所在的 CPU 上运行。
因此,使用 TASKLET 特别简便,当然也会存在一些问题,比如说由于只在一个 CPU 上运行导致的调度不均衡,再比如因为不能在多个 CPU 上并行运行带来了性能限制。
另外,刚刚提到过,软中断实际上是以内核线程的方式运行的,每个 CPU 都对应一个软中断内核线程,这个软中断内核线程就叫做 ksoftirqd/CPU 编号。那要怎么查看这些线程的运行状况呢?
其实用 ps 命令就可以做到,比如执行下面的指令:
注意,这些线程的名字外面都有中括号,这说明 ps 无法获取它们的命令行参数(cmline)。一般来说,ps 的输出中,名字括在中括号里的,一般都是内核线程。
Linux 中的中断处理程序分为上半部和下半部:
上半部对应硬件中断,用来快速处理中断。
下半部对应软中断,用来异步处理上半部未完成的工作。
Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型,可以通过查看 /proc/softirqs 来观察软中断的运行情况。
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