Оценка способности сетевого стека Linux обрабатывать миллион пакетов в секунду
17 июня 2015 года
Марек Майковски (Marek Majkowski), разработчик ядра Linux, работающий в компании CloudFlare, провёл заслуживающий внимания эксперимент, пытаясь разобраться насколько быстр сетевой стек ядра Linux и возможно ли в Linux обеспечить работу пользовательского приложения, способного обработать миллион UDP-пакетов в секунду на обычном сервере с шестиядерным CPU Xeon (2 GHz) и сетевой картой 10G.
В эксперименте применялась связка из программы для отправки данных, использующая вызов sendmmsg для отправки информации порциями по 1024 пакета за раз, и программы для приема данных, использующая системный вызов recvmmsg, более эффективный чем recv благодаря пакетной обработке данных.
Первый вариант приложения продемонстрировал производительность отправки данных в диапазоне от 197 до 350 тысяч пакетов в секунду. Непостоянство производительности объяснялось миграцией обработчиков между ядрами CPU. После жесткого закрепления программы за одним ядром CPU возросла эффективность кэша и производительность стабилизировалась на отметке в 350 тысяч пакетов в секунду. Следующим шагом стало распараллеливание отправки в несколько нитей, генерация пакетов значительно возросла, но принимающая программа не смогла обработать больше чем при первой попытке, уперевшись в производительность ядра CPU, выполняющего код приложения.
Данное ограничение удалось преодолеть при помощи задействования нескольких принимающих очередей (RX queue), привязанных к разным CPU и закреплённых за разными IP-адресами. Распределение запросов по двум принимающим очередям увеличил производительность до 650 тысяч пакетов в секунду. Попытка дальнейшего увеличения числа RX-очередей привела к очередному узкому месту - несмотря на то, что сетевая карта справлялась с доставкой пакетов ядру, ядро оказалось не способно доставить их приложению, которое не успевало их принимать. Увеличение числа принимающих нитей, из-за ограниченного размера буфера UDP, не улучшило положение.
Справиться с ограничением помог флаг SO_REUSEPORT, позволяющий сразу нескольким слушающим сокетам подключиться к одному порту для приёма соединений. При этом каждый обработчик использует отдельный дескриптор сокета, т.е. свой отдельный принимающий буфер UDP. Запустив четыре обработчика производительность удалось довести до 1.1 млн пакетов в секунду. Привязав обработку RX-очереди и принимающее приложение к одному узлу NUMA производительность удалось поднять до 1.4 млн пакетов в секунду.
Источники
править
Любой участник может оформить статью: добавить иллюстрации, викифицировать, заполнить шаблоны и добавить категории.
Любой редактор может снять этот шаблон после оформления и проверки.
Комментарии
Если вы хотите сообщить о проблеме в статье (например, фактическая ошибка и т. д.), пожалуйста, используйте обычную страницу обсуждения.
Комментарии на этой странице могут не соответствовать политике нейтральной точки зрения, однако, пожалуйста, придерживайтесь темы и попытайтесь избежать брани, оскорбительных или подстрекательных комментариев. Попробуйте написать такие комментарии, которые заставят задуматься, будут проницательными или спорными. Цивилизованная дискуссия и вежливый спор делают страницу комментариев дружелюбным местом. Пожалуйста, подумайте об этом.
Несколько советов по оформлению реплик:
- Новые темы начинайте, пожалуйста, снизу.
- Используйте символ звёздочки «*» в начале строки для начала новой темы. Далее пишите свой текст.
- Для ответа в начале строки укажите на одну звёздочку больше, чем в предыдущей реплике.
- Пожалуйста, подписывайте все свои сообщения, используя четыре тильды (~~~~). При предварительном просмотре и сохранении они будут автоматически заменены на ваше имя и дату.
Обращаем ваше внимание, что комментарии не предназначены для размещения ссылок на внешние ресурсы не по теме статьи, которые могут быть удалены или скрыты любым участником. Тем не менее, на странице комментариев вы можете сообщить о статьях в СМИ, которые ссылаются на эту заметку, а также о её обсуждении на сторонних ресурсах.
