Linux网络性能优化 —— 网络性能指标定义与查看

性能指标

实际上，我们通常用带宽、吞吐量、延时、PPS等指标衡量网络的性能：

• 带宽：表示链路最大的传输速率，单位（b/s）
• 吞吐量：表示单位时间成功传输的数据量，单位（b/s）。一般来说，吞吐量/带宽，也就是该网络的使用率
• 延时：表示从网络请求发出后，一直到收到远端响应，所需要的时间延迟
• PPS：packet per sencond（包/秒）的缩写，表示以网络包为单位的传输速率。

这些指标只是基本的，除了这些指标之外：网络可用性、并发连接数、丢包率、重传率也是常用的性能指标。

查看网络配置：ifconfig 和 ip

分析网络性能的第一步是查看网络接口的配置和状态。我们可用使用ifconfig或者ip命令来查看网络配置。

现在我们演示一下ip命令查看eth0端口的信息：

ubuntu@VM-0-2-ubuntu:~/libco/libco$ ip -s addr show dev eth0

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 52:54:00:88:37:58 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.0.2/20 brd 172.17.15.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::5054:ff:fe88:3758/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever
    RX: bytes  packets  errors  dropped overrun mcast   
    2830321820 23061948 0       0       0       0       
    TX: bytes  packets  errors  dropped carrier collsns 
    3649280587 21806912 0       0       0       0   

在这里面有几个比较重要的指标需要我们关注一下：

1. 网络接口的状态标志：在第一行，ip命令显示当前的状态是LOWER_UP，其表示当前状态是联通的；如果不是这个值，通常都是网络被拔掉了
2. MTU的大小：还是在第一行，有一个mtu 1500，表示当前mtu的大小
3. 网络接口的IP地址：在第三行和第五行分别显示了当前机器的IPv4地址：172.17.0.2/20和IPv6地址：fe80::5054:ff:fe88:3758/64
4. 网络收发的字节数、包数、错误数以及丢包情况：在第七行和第九行，特别是TX和RX部分
   4.1 errors：表示发生错误的数据包数
   4.2 dropped：表示丢弃的数据包数
   4.3 overrun：表示超限数据包数
   4.4 carrier：表示发生carrier错误的数据包数
   4.5 collisions：表示发生碰撞的数据包数

查看套接字信息：netstat 和 ss

除了ifconfig和ip显示的网络接口收发数据包的统计信息外，网络协议栈中的统计信息也非常值得我们关注。

我们可用使用netstat 或者 ss来查看套接字、网络栈、网络接口以及路由表信息。

以下是使用ss来查询网络连接信息的例子：

# -l表示只显示监听套接字
# -t表示只显示TCP套接字
# -n表示只显示数字地址和端口
# -p表示显示进程信息
ubuntu@VM-0-2-ubuntu:~/libco/libco$ ss -ltnp | head -n 3

State    Recv-Q    Send-Q        Local Address:Port        Peer Address:Port                                                                                    
LISTEN   0         128               127.0.0.1:43719            0.0.0.0:*        users:(("node",pid=29762,fd=18))                                               
LISTEN   0         128               127.0.0.1:6379             0.0.0.0:*      

• State：套接字当前状态
• Recv-Q：接受队列
• Send-Q：发送队列
• Local Address:Port：本机地址
• Peer Address:Port：远端地址

其中我们需要特别关注Recv-Q 和 Send-Q这两个队列，它们通常是0。如果它们不是0时，说明有网络包的堆积发生。当然，还要注意，在不同套接字状态下，它们的含义不同：

1. 当套接字处于连接状态 established：
   1.1 Recv-Q表示套接字缓冲还没被应用程序取走的字节数，即接受队列长度
   1.2 Send-Q表示还没有被远端主机确认的字节数，即发送队列长度
2. 当套接字处于监听状态 listen：
   2.1 Recv-Q表示全连接队列的长度
   2.2 Send-Q表示全连接队列的最大长度

博主说：
全连接队列也是就TCP三次握手中，服务端在收到客户端最后一个ACK报文后，保存这个连接的队列。

查看协议栈的统计信息：netstat

类似，使用netstat可用查看协议栈的统计信息。这里使用的是netstat，因为比较详细：

# -s表示查看协议栈信息
ubuntu@VM-0-2-ubuntu:~/libco/libco$ netstat -s

# 篇幅较长，就显示部分
Ip:
    Forwarding: 1
    39262312 total packets received
    2 with invalid addresses
    0 forwarded
    9 with unknown protocol
    0 incoming packets discarded
    39262300 incoming packets delivered
    38464838 requests sent out
    2 reassemblies required
    1 packets reassembled ok
Icmp:
    1400109 ICMP messages received
    743 input ICMP message failed
    InCsumErrors: 1
    ICMP input histogram:
        destination unreachable: 1934
        timeout in transit: 64
        echo requests: 1398094
        echo replies: 10
        timestamp request: 6
    1421145 ICMP messages sent
    0 ICMP messages failed
    ICMP output histogram:
        destination unreachable: 23045
        echo replies: 1398094
        timestamp replies: 6
......        

网络吞吐量和PPS

对于网络吞吐量和PPS，我们可用使用sar命令来查看网络统计信息：

# -n 参数表示查看网络信息
# DEV 表示网络接口
# 1 表示每隔一秒输出一组数据
ubuntu@VM-0-2-ubuntu:~/libco/libco$ sar -n DEV 1

Linux 4.15.0-140-generic (VM-0-2-ubuntu)        05/25/2021      _x86_64_        (2 CPU)

01:44:58 PM     IFACE   rxpck/s   txpck/s    rxkB/s    txkB/s   rxcmp/s   txcmp/s  rxmcst/s   %ifutil
01:44:59 PM   docker0      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
01:44:59 PM        lo     18.00     18.00      1.21      1.21      0.00      0.00      0.00      0.00
01:44:59 PM      eth0     30.00     79.00      2.13     96.15      0.00      0.00      0.00      0.00

这里有几个指标值得我们重点关注一下：

• rxpck/s：接受的PPS，单位（包/秒）
• txpck/s：发送的PPS，单位（包/秒）
• rxkB/s：接受的吞吐量，单位（KB/s）
• txkB/s：发送的吞吐量，单位（KB/s）
• rxcmp/s：接受的压缩数据包数，单位（包/秒）
• txcmp/s：发送的压缩数据包数，单位（包/秒）
• %ifutil：网络接口的使用率

连通性和延时

一般来说，我们都会使用ping命令查看我们是否能和网络远程主机连通，这通常基于ICMP协议。

那么，你们是否知道，ping的各部分显示的含义呢？

# -c3 表示发送三次ICMP包后停止
ubuntu@VM-0-2-ubuntu:~/libco/libco$ ping -c3 www.baidu.com

PING www.a.shifen.com (180.101.49.11) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 180.101.49.11 (180.101.49.11): icmp_seq=1 ttl=49 time=9.55 ms
64 bytes from 180.101.49.11 (180.101.49.11): icmp_seq=2 ttl=49 time=9.44 ms
64 bytes from 180.101.49.11 (180.101.49.11): icmp_seq=3 ttl=49 time=9.45 ms

--- www.a.shifen.com ping statistics ---
3 packets transmitted, 3 received, 0% packet loss, time 2002ms
rtt min/avg/max/mdev = 9.442/9.484/9.559/0.095 ms

ping的输出，一般来说可以分为两个部分：

• 第一部分，是每个ICMP请求的信息，包括序列号icmp_seq，TTL生存时间以及往返延时
• 第二部分，则是三次ICMP请求的汇总

参考文献

[1] 倪朋飞.Linux性能优化实战.极客时间