Linux Virtual Server (LVS)之:ksoftirqd进程耗尽单核100%si处理软中断导致性能瓶颈

最近测试LVS性能，发现当CPU其中一个核耗尽后系统达到性能顶峰。

     消耗CPU资源的是ksoftirqd进程，全部用于处理软中断（从进程名也能识别出了）。

    搜了一下，很多人都遇到这类问题，似乎也没有解决。了解到并尝试过的解决方案有：

      1、减少集群成员的数量；

      2、修改集群模式（NAT、TURNL、DR）；

      3、修改集群调度算法；

      4、升级操作系统内核到2.6.20以上；

      5、调整网卡的最大传输单元（MTU）；

      6、修改设备中断方式；

      7、使用多网卡负载均衡；

      8、升级硬件（网卡）；

      9、更换操作系统。

   一一解说如下吧：

第1点：减少集群成员的数量。由于瓶颈不在真实服务器上，所以减少成员数量，lvs性能没有明显变化。

第2点：修改集群模式。理论上DR模式是最省资源的，大概了解理论的朋友应该都知道。由于NAT模式不满足需求，故仅对比了DR和TUN模式，两者没有明显区别。

第3点：修改集群调度算法。已有的十种算法中属rr最简单，而且目前瓶颈还未深入到这一层。实际上在处理网络包的时候导致的瓶颈。调度算法简单比较了rr和wrr，两者没有明显区别。

第4点：升级操作系统内核到2.6.20以上。我直接升级到当前已发布的最新版本2.6.34，结果瓶颈并没有得到改善。

第5点：调整网卡的最大传输单元。交换机支持最大的传输单元是9216，将网卡的最大传输单元分别修改为：1500（默认）、5000、9000、9216。其中1500和5000两者没有明显差别，9000和9216会导致网络不稳定，性能也没有提高反而出现大量连接超时。

第6点：修改设备中断方式。通过修改设置中断/proc/irq/${网卡中断号}/smp_affinity：

测试服务器CPU为四核，理论上网卡的smp_affinity值为1、2、4、8分别对应cpu0、cpu1、cpu2、cpu3。

结果：

                 1、网卡的smp_affinity默认值为8，测试过程中软中断全部由cpu3处理。正确

                 2、设置smp_affinity = 1，测试过程中软中断全部由cpu0处理。正确

                 3、设置smp_affinity = 2，测试过程中软中断全部由cpu1处理。正确

                 4、设置smp_affinity = 4，测试过程中软中断全部由cpu2处理。正确

                 5、设置smp_affinity = 5，测试过程中软中断全部由cpu0处理，预期应该分配给cpu0和cpu2处理。无效

                 6、设置smp_affinity = f，测试过程中软中断全部由cpu0处理，预期应该分配给cpu0、cpu1、cpu2和cpu2处理。无效

        即：修改smp_affinity的功能只针对单核有效。

第7点：使用多网卡负载均衡。此方案可行！使用两张网卡绑定一个IP地址，性能就提升了一倍，效果非常明显。原因就是两张网卡各用一个CPU核，相比用单核而言，性能自然提升一倍。

配置方式如下：

单网卡工作模式

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=none
BROADCAST=192.168.223.255
HWADDR=00:1E:90:76:6F:E0
IPADDR=192.168.223.113
NETMASK=255.255.254.0
NETWORK=10.20.222.0
ONBOOT=yes
GATEWAY=192.168.222.1
TYPE=Ethernet

绑定双网卡操作步骤

echo 'alias bond0 bonding' >> /etc/modprobe.conf

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0 
DEVICE=bond0
BOOTPROTO=static
BROADCAST=192.168.223.255
MACDDR=00:1E:90:76:6F:E2
IPADDR=192.168.223.113
NETMASK=255.255.254.0
NETWORK=192.168.222.0
USERCTL=no
ONBOOT=yes
GATEWAY=10.20.222.1
TYPE=Ethernet
BONDING_OPTS="mode=0 miimon=100"

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0
DEVICE=eth0
ERCTL=no
ONBOOT=yes
MASTER=bond0
SLAVE=yes
BOOTPROTO=none

# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1
DEVICE=eth1
USERCTL=no
ONBOOT=yes
MASTER=bond0
SLAVE=yes
BOOTPROTO=none

# service network restart

第8点，升级硬件，使用支持RSS功能的网卡。

下面是intel对RSS的说明

Receive-side scaling (RSS) routes incoming packets to specific queues, efficiently balancing network loads across CPU cores and increasing performance on multi-processor systems. RSS, called Scalable I/O in Linux*, creates a hash table from IP, TCP, and Port Addresses and uses that table to decide which queue to route a packet to, and to which processor the packet should be associated.

可是从我们使用网卡的官网硬件指标上，都是支持RSS的。Windows的设置方式是` netsh int tcp set global rss=enabled`。

第9点，更换操作系统。此方案在生产环境下部署的可能性比较小，但是否关操作系统的事确实需要确认。

据说Windows的NLB、solaris、AIX支持网卡RSS，目前还有待确认。