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网络性能增强RPS介绍

Receive packet steering介绍

    Receive packet steering简称rps,是google贡献给linux kernel的一个patch,主要的功能是解决多核情况下,网络协议栈的软中断的负载均衡。这里的负载均衡也就是指能够将软中断均衡的放在不同的cpu核心上运行。

linux现在网卡的驱动支持两种模式,一种是NAPI,一种是非NAPI模式,这两种模式的区别:

在NAPI中,中断收到数据包后调用__napi_schedule调度软中断,然后软中断处理函数中会调用注册的poll回掉函数中调用netif_receive_skb将数据包发送到3层,没有进行任何的软中断负载均衡。

 

在非NAPI中,中断收到数据包后调用netif_rx,这个函数会将数据包保存到input_pkt_queue,然后调度软中断,这里为了兼容 NAPI的驱动,他的poll方法默认是process_backlog,最终这个函数会从input_pkt_queue中取得数据包然后发送到3层。

 

不管是NAPI还是非NAPI的话都无法做到软中断的负载均衡,因为软中断此时都是运行在在硬件中断相应的cpu上。也就是说如果始终是cpu0相应网卡的硬件中断,那么始终都是cpu0在处理软中断,而此时cpu1就被浪费了,因为无法并行的执行多个软中断。

 

google的这个patch的基本原理是这样的,根据数据包的源地址,目的地址以及目的和源端口(这里它是将两个端口组合成一个4字节的无符数进行计算的,后面会看到)计算出一个hash值,然后根据这个hash值来选择软中断运行的cpu,从上层来看,也就是说将每个连接和cpu绑定,并通过这个 hash值,来均衡软中断在多个cpu上。

 

红帽在6.1的企业版网络性能增强方面有提到RPS.在2.6.35以后进入内核。

Receive Packet Steering (RPS)

RPS enables a single NIC rx queue to have its receive softirq workload distributed among several CPUs. This helps prevent network traffic from being bottlenecked on a single NIC hardware queue.

To enable RPS, specify the target CPU names in /sys/class/net/ethX/queues/rx-N/rps_cpus, replacing ethX with the NIC’s corresponding device name (for example, eth1, eth2) and rx-N with the specified NIC receive queue. This will allow the specified CPUs in the file to process data from queue rx-N on ethX. When specifying CPUs, consider the queue’s cache affinity