Hướng dẫn tối thượng về hiệu năng mạng Linux

Stack mạng Linux

Nhận gói mạng trong Linux

• Trên thiết bị mạng, NIC (Network Interface Card) sẽ phát sinh IRQ (Interrupt Request) để báo rằng một gói tin đã đến
• Trình xử lý IRQ chạy với mức ưu tiên rất cao và chặn việc tạo thêm IRQ
• Hệ thống softIRQ được dùng để xử lý công việc bên ngoài ngữ cảnh IRQ của trình điều khiển thiết bị
• Kernel thread softIRQ được tạo ra, và cấu trúc softnet_data được tạo
• NIC sử dụng DMA (Direct Memory Access) để ghi dữ liệu mạng vào ring buffer trong RAM
• Vòng lặp polling softIRQ của NAPI được khởi động
• Vòng lặp net_rx_action kiểm tra cấu trúc NAPI và chuyển gói tin tới napi_gro_receive
• Gói tin được chuyển tới stack giao thức thông qua netif_receive_skb

Truyền mạng trong kernel Linux

• Khi ứng dụng gửi một thông điệp, TCP header được tạo và trình xử lý L3 được gọi
• Gói tin được phân mảnh và hàm truyền L2 được gọi
• Trình điều khiển đưa gói tin vào hàng đợi trong ring buffer tx
• NIC lấy gói tin từ RAM và truyền đi
• Khi quá trình truyền hoàn tất, NIC phát sinh hard IRQ
• Trình điều khiển xử lý IRQ này và lên lịch hệ thống polling NAPI

Tinh chỉnh hiệu năng mạng

HOWTO nhanh

/proc/net/softnet_stat & /proc/net/sockstat

• Tệp /proc/net/softnet_stat cung cấp thống kê cho từng lõi CPU
• Tệp /proc/net/sockstat cung cấp thống kê về mức sử dụng socket

ss

• ss là tiện ích để kiểm tra thống kê socket, có thể dùng để xem mức sử dụng bộ nhớ

netstat

• netstat là tiện ích dòng lệnh cung cấp thống kê về kết nối mạng và stack giao thức

sysctl

• Có thể dùng lệnh sysctl để thay đổi các thiết lập hệ thống/mạng
• Có thể chỉnh sửa tệp /etc/sysctl.conf để thay đổi giá trị một cách vĩnh viễn

Ring buffer của NIC

• Ring buffer của NIC là bộ đệm FIFO có kích thước cố định, nằm trong RAM
• Cần tăng hàng đợi này để hấp thụ mượt mà các kết nối dạng burst

Tóm tắt của GN⁺

• Hướng dẫn này giải thích chi tiết cách stack mạng Linux hoạt động và đưa ra nhiều phương pháp để tối ưu hiệu năng mạng
• Điều quan trọng là phải hiểu vai trò của IRQ và softIRQ trong quá trình nhận và truyền gói mạng
• Có thể cải thiện hiệu năng bằng cách điều chỉnh cấu hình hệ thống với lệnh sysctl và thay đổi kích thước ring buffer của NIC
• Việc tinh chỉnh hiệu năng mạng có thể thay đổi tùy theo yêu cầu cụ thể của hệ thống, và cần thử nghiệm nhiều thiết lập khác nhau