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技术项目 - Linux网卡中断使单个CPU过载
By Steve Mushero
Linux内核在性能方面已经经历了很长一段时间的考验，尤其是2.6/3.x内核。然而，在高IO，尤其是网络方面的情况下，对中断的处理可能成为问题。我们已经 在拥有一个或多个饱和1Gbps网卡的高性能系统上发现过这个问题，近来在有许多小包并发（大约10000packets/second）超载的虚拟机上 也发现了这个问题。
原因很清楚：在最简单的模式中，内核通过硬件中断的方式来处理每个来自于网卡的包。但是随着 数据包速率的增长，带来的中断渐渐超过了单个cpu可处理的范围。单cpu概念很重要，系统管理员对此往往认识不足。在一个普通的4-16核的系统中，因 为整体cpu的使用率在6-25%左右并且系统看上去很正常，所以一个过载的内核很难被发现，。但是系统将运行很慢，并且会在没有告警，没有dmesg日 志，没有明显征兆的情况下严重丢包。 但是你使用top查看多个cpu模式(运行top，接着键入1)时，%si 列（系统中断）或者mpstat命令中 irq列(mpstat -P ALL 1)，在一些繁忙的系统中你会发现中断明显很高，通过经进一步mpstat使用，你会看到哪个cpu或者哪个设备存在问题。
你需要一个较新版本的mpstat，可以运行-I 模式，用以列出irq负载，运行如下命令： mpstat -I SUM -P ALL 1
超过5000/秒 有点繁忙， 1万-2万/秒相当高了。 运行如下命令来确认那个设备/项目导致负载： mpstat -I CPU -P ALL 1
这个输出很难被阅读，但是你可以跟踪正确的列用来确认哪个中断导致负载，例如：15，19，995. 你也可以定义你想查看的cpu
mpstat -I CPU -P 3 1 # 3 在top,htop中可以定位不同的cpu。（top和mpstat都是从0开始，htop是从1开始计数）
记录下中断数，你就可以查看中断表 ，\找到mpstat's得到的数字，你可以发现是哪个设备在使用中断。这个文件也指示了使用该中断的#可以告诉你是什么导致过载。
需要做什么呢？
首先，确认你是否运行irqbalance，这个是nice守护进程它会自动在cpu间扩展中断。在繁忙的系统中很重要，尤其是两块网卡，因为默认cpu0 将处理所有中断，系统很容易过载。irqbalance扩散这些中断用以降低负载。为了性能最大化，你可以手动平衡这些中断将套接字和超线程共享内核分 散，但是通常没必要这么麻烦。
但是即使扩展了中断，某块网卡还是可能导致某一个cpu过载。这取决于你的网卡和驱动，但通常有两种有效的方法来防止这样的事情发生。
第一种是多网卡队列，有些Intel网卡就可以这么做。如果他们有4个队列，就可以有四个cpu内核同时处理不同的中断用以分散负载。通常驱动会自动这么做，你也可以通过mpstat命令来确认。
第二种，并且通常也是更加重要的，网卡驱动选项——'IRQ coalescing'，中断请求合并。这个选项有着强大的功能，允许网卡在调用中断请求前缓存数个数据包，从而为系统节约大量的时间和负载。举个例子： 如果网卡缓存10个包，那么cpu负载将大约降低90%。这个功能通常用ethtool工具来控制，使用'-c/-C'参数，但是有些驱动要求在驱动初次 加载时就做好相关设置。如何设置需要查看本机文档。举个例子，有些网卡，譬如我们使用的Intel网卡，就有automatic模式可以根据负载自动做到 最优化。
最后，就像我们在虚拟机中看到的一些驱动，它们不支持多队列或者中断请求合并。这种情
况下，一旦处理中断的cpu繁忙，就会产生性能瓶颈，除非你更换设备或者驱动。
这是一个复杂的区域，并不广为人知，但有些不错的技术真的可以提高繁忙系统的性能。此外，一些额外的针对性监控，可以帮助到查找和诊断这些难以发现的问题。
本文由 Steve Mushero, 联合创始人兼首席执行官发表于2012年4月25日
作者简介： Steve Mushero 云络创始人，首席技术官
Steve Mushero先生拥有超过20年在各行业的，国际性的技术管理经验。他曾经担任土豆网的首席技术官，负责Intermind的高级管理系统，在Beyond Access Communications 和 AirReview担任首席架构师。他是Managing White-Collar Job Migration to Asia一书的作者，多项专利的发明者。
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