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上一篇文章中《图解 Linux 网络包接管过程》，咱们梳理了在 Linux 零碎下一个数据包被接管的整个过程。Linux 内核对网络包的接管过程大抵能够分为接管到 RingBuffer、硬中断解决、ksoftirqd 软中断解决几个过程。其中在 ksoftirqd 软中断解决中，把数据包从 RingBuffer 中摘下来，送到协定栈的解决，再之后送到用户过程 socket 的接管队列中。
了解了 Linux 工作原理之后，还有更重要的两件事件。第一是入手监控，会理论查看网络包接管的整体状况。第二是调优，当你的服务器有问题的时候，你能找到瓶颈所在，并会利用内核凋谢的参数进行调节。
先说几个工具
在正式内容开始之前，咱们先来理解几个 Linux 下监控网卡时可用的工具。
ethtool
首先第一个工具就是咱们在上文中提到的ethtool，它用来查看和设置网卡参数。这个工具其实自身只是提供几个通用接口，真正的实现是都是在网卡驱动中的。正因为该工具是由驱动间接实现的，所以集体感觉它最重要。
该命令比较复杂，咱们选几个明天能用到的说
-i显示网卡驱动的信息，如驱动的名称、版本等-S查看网卡收发包的统计状况-g/-G查看或者批改 RingBuffer 的大小-l/-L查看或者批改网卡队列数-c/-C查看或者批改硬中断合并策略
理论查看一下网卡驱动：
# ethtool -i eth0
driver: ixgbe
...... 这里看到我的机器上网卡驱动程序是 ixgbe。有了驱动名称，就能够在源码中找到对应的代码了。对于 ixgbe 来说，其驱动的源代码位于 drivers/net/ethernet/intel/ixgbe 目录下。ixgbe_ethtool.c下都是实现的供 ethtool 应用的相干函数，如果 ethtool 哪里有搞不明确的，就能够通过这种形式查找到源码来读。另外咱们前文《图解 Linux 网络包接管过程》里提到的 NAPI 收包时的 poll 回调函数，启动网卡时的 open 函数都是在这里实现的。
ifconfig
网络管理工具 ifconfig 不只是能够为网卡配置 ip，启动或者禁用网卡，也蕴含了一些网卡的统计信息。
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 10.162.42.51 netmask 255.255.248.0 broadcast 10.162.47.255
inet6 fe80::6e0b:84ff:fed5:88d1 prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 6c:0b:84:d5:88:d1 txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 2953454 bytes 414212810 (395.0 MiB)
RX errors 0 dropped 4636605 overruns 0 frame 0
TX packets 127887 bytes 82943405 (79.1 MiB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0- RX packets：接管的总包数
- RX bytes：接管的字节数
- RX errors：示意总的收包的谬误数量
- RX dropped：数据包曾经进入了 Ring Buffer，然而因为其它起因导致的丢包
- RX overruns：示意了 fifo 的 overruns，这是因为 Ring Buffer 有余导致的丢包
伪文件系统 /proc
Linux 内核提供了 /proc 伪文件系统，通过 /proc 能够查看内核外部数据结构、扭转内核设置。咱们先跑一下题，看一下这个伪文件系统里都有啥：
/proc/sys目录能够查看或批改内核参数/proc/cpuinfo能够查看 CPU 信息/proc/meminfo能够查看内存信息/proc/interrupts统计所有的硬中断/proc/softirqs统计的所有的软中断信息/proc/slabinfo统计了内核数据结构的 slab 内存应用状况/proc/net/dev能够看到一些网卡统计数据
具体聊下伪文件/proc/net/dev，通过它能够看到内核中对网卡的一些相干统计。蕴含了以下信息：
- bytes: 发送或接管的数据的总字节数
- packets: 接口发送或接管的数据包总数
- errs: 由设施驱动程序检测到的发送或接管谬误的总数
- drop: 设施驱动程序抛弃的数据包总数
- fifo: FIFO 缓冲区谬误的数量
- frame: The number of packet framing errors.（分组帧谬误的数量）
- colls: 接口上检测到的抵触数
所以，伪文件 /proc/net/dev 也能够作为咱们查看网卡工作统计数据的工具之一。
伪文件系统 sysfs
sysfs 和 /proc 相似，也是一个伪文件系统，然而比 proc 更新，构造更清晰。其中的 /sys/class/net/eth0/statistics/ 也蕴含了网卡的统计信息。
# cd /sys/class/net/eth0/statistics/
# grep . * | grep tx
tx_aborted_errors:0
tx_bytes:170699510
tx_carrier_errors:0
tx_compressed:0
tx_dropped:0
tx_errors:0
tx_fifo_errors:0
tx_heartbeat_errors:0
tx_packets:262330
tx_window_errors:0好了，简略理解过这几个工具当前，让咱们正式开始明天的行程。
RingBuffer 监控与调优
后面咱们看到，当网线中的数据帧达到网卡后，第一站就是 RingBuffer（网卡通过 DMA 机制将数据帧送到 RingBuffer 中）。因而咱们第一个要监控和调优的就是网卡的 RingBuffer，咱们应用 ethtool 来来查看一下 Ringbuffer。
# ethtool -g eth0
Ring parameters for eth0:
Pre-set maximums:
RX: 4096
RX Mini: 0
RX Jumbo: 0
TX: 4096
Current hardware settings:
RX: 512
RX Mini: 0
RX Jumbo: 0
TX: 512这里看到我手头的网卡设置 RingBuffer 最大容许设置到 4096，目前的理论设置是 512。
这里有一个小细节，ethtool 查看到的是理论是 Rx bd 的大小。Rx bd 位于网卡中，相当于一个指针。RingBuffer 在内存中，Rx bd 指向 RingBuffer。Rx bd 和 RingBuffer 中的元素是一一对应的关系。在网卡启动的时候，内核会为网卡的 Rx bd 在内存中调配 RingBuffer，并设置好对应关系。
在 Linux 的整个网络栈中，RingBuffer 起到一个工作的收发中转站的角色。对于接管过程来讲，网卡负责往 RingBuffer 中写入收到的数据帧，ksoftirqd 内核线程负责从中取走解决。只有 ksoftirqd 线程工作的足够快，RingBuffer 这个中转站就不会呈现问题。然而咱们构想一下，如果某一时刻，霎时来了特地多的包，而 ksoftirqd 解决不过去了，会产生什么？这时 RingBuffer 可能霎时就被填满了，前面再来的包网卡间接就会抛弃，不做任何解决！
那咱们怎么样能看一下，咱们的服务器上是否有因为这个起因导致的丢包呢？后面咱们介绍的四个工具都能够查看这个丢包统计，拿 ethtool 来举例：
# ethtool -S eth0
......
rx_fifo_errors: 0
tx_fifo_errors: 0rx_fifo_errors 如果不为 0 的话（在 ifconfig 中体现为 overruns 指标增长），就示意有包因为 RingBuffer 装不下而被抛弃了。那么怎么解决这个问题呢？很天然首先咱们想到的是，加大 RingBuffer 这个“直达仓库”的大小。通过 ethtool 就能够批改。
# ethtool -G eth1 rx 4096 tx 4096这样网卡会被调配更大一点的”中转站“，能够解决偶发的刹时的丢包。不过这种办法有个小副作用，那就是排队的包过多会减少解决网络包的延时。所以另外一种解决思考更好，。那就是让内核解决网络包的速度更快一些，而不是让网络包傻傻地在 RingBuffer 中排队。怎么放慢内核生产 RingBuffer 中工作的速度呢，别着急，咱们持续往下看 …
硬中断监控与调优
在数据被接管到 RingBuffer 之后，下一个执行就是就是硬中断的发动。咱们先来查看硬中断，而后再聊下怎么优化。
监控
硬中断的状况能够通过内核提供的伪文件 /proc/interrupts 来进行查看。
$ cat /proc/interrupts
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 34 0 0 0 IO-APIC-edge timer
......
27: 351 0 0 1109986815 PCI-MSI-edge virtio1-input.0
28: 2571 0 0 0 PCI-MSI-edge virtio1-output.0
29: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge virtio2-config
30: 4233459 1986139461 244872 474097 PCI-MSI-edge virtio2-input.0
31: 3 0 2 0 PCI-MSI-edge virtio2-output.0上述后果是我手头的一台虚机的输入后果。下面蕴含了十分丰盛的信息，让咱们一一道来：
- 网卡的输出队列
virtio1-input.0的中断号是 27 - 27 号中断都是由 CPU3 来解决的
- 总的中断次数是 1109986815。
这里有两个细节咱们须要关注一下。
1）为什么输出队列的中断都在 CPU3 上呢？
这是因为内核的一个配置，在伪文件系统中能够查看到。
#cat /proc/irq/27/smp_affinity
8smp_affinity里是 CPU 的亲和性的绑定，8 是二进制的 1000, 第 4 位为 1，代表的就是第 4 个 CPU 外围 -CPU3。
2）对于收包来过程来讲，硬中断的总次数示意的是 Linux 收包总数吗？
不是，硬件中断次数不代表总的网络包数。第一网卡能够设置中断合并，多个网络帧能够只发动一次中断。第二 NAPI 运行的时候会敞开硬中断，通过 poll 来收包。
多队列网卡调优
当初的支流网卡基本上都是反对多队列的，咱们能够通过将不同的队列分给不同的 CPU 外围来解决，从而放慢 Linux 内核解决网络包的速度。这是最为有用的一个优化伎俩。
每一个队列都有一个中断号，能够独立向某个 CPU 外围发动硬中断请求，让 CPU 来 poll 包。通过将接管进来的包被放到不同的内存队列里，多个 CPU 就能够同时别离向不同的队列发动生产了。这个个性叫做 RSS（Receive Side Scaling，接收端扩大）。通过 ethtool 工具能够查看网卡的队列状况。
# ethtool -l eth0
Channel parameters for eth0:
Pre-set maximums:
RX: 0
TX: 0
Other: 1
Combined: 63
Current hardware settings:
RX: 0
TX: 0
Other: 1
Combined: 8上述后果示意以后网卡反对的最大队列数是 63，以后开启的队列数是 8。对于这个配置来讲，最多同时能够有 8 个外围来参加网络收包。如果你想进步内核收包的能力，间接简略加大队列数就能够了，这比加大 RingBuffer 更为有用。因为加大 RingBuffer 只是给个更大的空间让网络帧能持续排队，而加大队列数则能让包更早地被内核解决。ethtool批改队列数量办法如下：
#ethtool -L eth0 combined 32咱们前文说过，硬中断产生在哪一个核上，它收回的软中断就由哪个核来解决。所有通过加大网卡队列数，这样硬中断工作、软中断工作都会有更多的外围参加进来。
每一个队列都有一个中断号，每一个中断号都是绑定在一个特定的 CPU 上的。如果你不称心某一个中断的 CPU 绑定，能够通过批改 /proc/irq/{中断号}/smp_affinity 来实现。
个别解决到这里，网络包的接管就没有大问题了。但如果你有更高的谋求，或者是说你并没有更多的 CPU 外围能够参加进来了，那怎么办？释怀，咱们也还有办法进步单核的解决网络包的接管速度。
硬中断合并
先来讲一个理论中的例子，如果你是一位开发同学，和你对口的产品经理一天有 10 个小需要须要让你帮忙来解决。她对你有两种中断形式：
- 第一种：产品经理想到一个需要，就过去找你，和你形容需要细节，而后让你帮你来改
- 第二种：产品经理想到需要后，不来打搅你，等攒够 5 个来找你一次，你集中处理
咱们当初不思考及时性，只思考你的工作整体效率，你感觉那种计划下你的工作效率会高呢？或者换句话说，你更喜爱哪一种工作状态呢？很显著，只有你是一个失常的开发，都会感觉第二种计划更好。对人脑来讲，频繁的中断会打乱你的打算，你脑子里方才刚想到一半技术计划可能也就废了。当产品经理走了当前，你再想捡起来刚被中断之的工作的时候，很可能得花点工夫回顾一会儿能力持续工作。
对于 CPU 来讲也是一样，CPU 要做一件新的事件之前，要加载该过程的地址空间，load 过程代码，读取过程数据，各级别 cache 要缓缓热身。因而如果能适当升高中断的频率，多攒几个包一起收回中断，对晋升 CPU 的工作效率是有帮忙的。所以，网卡容许咱们对硬中断进行合并。
当初咱们来看一下网卡的硬中断合并配置。
# ethtool -c eth0
Coalesce parameters for eth0:
Adaptive RX: off TX: off
......
rx-usecs: 1
rx-frames: 0
rx-usecs-irq: 0
rx-frames-irq: 0
......咱们来说一下上述后果的大抵含意
- Adaptive RX: 自适应中断合并，网卡驱动本人判断啥时候该合并啥时候不合并
- rx-usecs：当过这么长时间过后，一个 RX interrupt 就会被产生
- rx-frames：当累计接管到这么多个帧后，一个 RX interrupt 就会被产生
如果你想好了批改其中的某一个参数了的话，间接应用 ethtool -C 就能够，例如：
ethtool -C eth0 adaptive-rx on不过须要留神的是，缩小中断数量尽管能使得 Linux 整体吞吐更高，不过一些包的提早也会增大，所以用的时候得适当留神。
软中断监控与调优
在硬中断之后，再接下来的处理过程就是 ksoftirqd 内核线程中解决的软中断了。之前咱们说过，软中断和它对应的硬中断是在同一个外围上解决的。因而，后面硬中断扩散到多核上解决的时候，软中断的优化其实也就跟着做了，也会被多核解决。不过软中断也还有本人的可优化选项。
监控
软中断的信息能够从 /proc/softirqs 读取：
$ cat /proc/softirqs
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
HI: 0 2 2 0
TIMER: 704301348 1013086839 831487473 2202821058
NET_TX: 33628 31329 32891 105243
NET_RX: 418082154 2418421545 429443219 1504510793
BLOCK: 37 0 0 25728280
BLOCK_IOPOLL: 0 0 0 0
TASKLET: 271783 273780 276790 341003
SCHED: 1544746947 1374552718 1287098690 2221303707
HRTIMER: 0 0 0 0
RCU: 3200539884 3336543147 3228730912 3584743459软中断 budget 调整
不晓得你有没有据说过番茄工作法，它的大抵意思就是你要有一整段的不被打搅的工夫，集中精力解决某一项作业。这一整段工夫时长被倡议是 25 分钟。
对于咱们的 Linux 的解决软中断的 ksoftirqd 来说，它也和番茄工作法思路相似。一旦它被硬中断触发开始了工作，它会集中精力解决一波儿网络包（绝不只是 1 个），而后再去做别的事件。
咱们说的解决一波儿是多少呢，策略略简单。咱们只说其中一个比拟容易了解的，那就是 net.core.netdev_budget 内核参数。
#sysctl -a | grep
net.core.netdev_budget = 300这个的意思说的是，ksoftirqd 一次最多解决 300 个包，解决够了就会把 CPU 被动让进去，以便 Linux 上其它的工作能够失去解决。那么如果说，咱们当初就是想进步内核解决网络包的效率。那就能够让 ksoftirqd 过程多干一会儿网络包的接管，再让出 CPU。至于怎么进步，间接批改不这个参数的值就好了。
#sysctl -w net.core.netdev_budget=600如果要保障重启依然失效，须要将这个配置写到 /etc/sysctl.conf
软中断 GRO 合并
GRO 和硬中断合并的思维很相似，不过阶段不同。硬中断合并是在中断发动之前，而 GRO 曾经到了软中断上下文中了。
如果利用中是大文件的传输，大部分包都是一段数据，不必 GRO 的话，会每次都将一个小包传送到协定栈（IP 接管函数、TCP 接管）函数中进行解决。开启 GRO 的话，Linux 就会智能进行包的合并，之后将一个大包传给协定处理函数。这样 CPU 的效率也是就进步了。
ethtool -k eth0 | grep generic-receive-offload
generic-receive-offload: on如果你的网卡驱动没有关上 GRO 的话，能够通过如下形式关上。
# ethtool -K eth0 gro on GRO 说的仅仅只是包的接管阶段的优化形式，对于发送来说是 GSO。
总结
在网络技术这一畛域里，有太多的常识内容都停留在实践阶段了。你可能感觉你的网络学的滚瓜烂熟了，可是当你的线上服务呈现问题的时候，你还是不晓得该怎么排查，怎么优化。这就是因为只懂了实践，而不分明 Linux 是通过哪些内核机制将网络技术落地的，各个内核组件之间怎么配合，每个组件有哪些参数能够做调整。咱们用两篇文章具体探讨了 Linux 网络包的接管过程，以及这个过程中的一些统计数据如何查看，如何调优。置信消化完这两篇文章之后，你的网络的了解间接能晋升 1 个 Level，你对线上服务的把控能力也会更加蛟龙得水。
开发内功修炼之硬盘篇专辑：
- 图解 Linux 网络包接管过程
- Linux 网络包接管过程的监控与调优
- 聊聊 TCP 连贯耗时的那些事儿
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