10G(82599EB) 网卡测试优化(kernel)
Posted on December 8, 2013

kernel 方面的优化，这里面大部分都会涉及到 tcp stack。
首先需要了解一个概念，BDP(bandwidth delay product)，即两端的带宽跟 RTT 的乘积，比如，我们的 10G 网络，正常情况在 9.4G 到 9.9G 浮动，按照最差的 9.4 来算，RTT 正常的在 0.2ms 左右，他们的 BDP＝9.4×10^6kbit/sx0.2×10^-3s=1.88×10^3kbit=235kByte
下面两张图截取自《TCP Implementation in Linux: A Brief Tutorial》，大致的描绘了包从进到出涉及到的几个层面(Device driver, kernel space, User space) 

10G(82599EB) 网卡测试优化(kernel)_中断处理

10G(82599EB) 网卡测试优化(kernel)_状态机_02

对于一个包来说，从 IP 层到 TCP 层，经过状态机，最终进入到 TCP recv buffer 通过 read() 转入到 User space(app)。如果这个 buffer(net.ipv4.tcp_rmem) 比 BDP 小的话，其 throughput 会降低。对应的，对于发包来说，从 user space 的 app 通过 write() 调用到 kernel space 进入 TCP send buffer(net.ipv4.tcp_wmem, per socket)。

net.core.netdev_max_backlog 这个决定了一个设备里面等待 cpu 处理(rx)的的最大 queue 数量，如果新接受到的包超过该值，则会被 discarded，这个发生在 ip layer 到 tcp layer 过程中。

注意: core.rmem_max 会覆盖 ipv4.tcp_rmem，core.wmem_max 会覆盖 ipv4.tcp_wmem，上面的几个的单位都是 bytes。ipv4.tcp_mem 是以 pages 为单位而非 bytes。net.core.rmem_default，rmem_default 不应该大于 rmem_max。

上面的四个都是发生在 socket 层面，只对 end-to-end 有效，如果是 bridge/router 则无效。而 netdev_max_backlog 会同时影响端到端以及路由交换的机器。

对于整个网络而言，在接受方向有两个主要的 queue: NIC 的 rx buffer 以及 socket queue。前者在《10G(82599EB) 测试优化(ethtool)》提到过，后者则是上面提到的。两者都需要经过实践，才能得到一个比较满意的效果。

还有个就是 tcp_congestion_control/tcp_available_congestion_control。目前主流的 OS 会提供 cubic reno 这两个，一致偏向使用 CUBIC，2.6.19 之后使用该算法，包括目前的 3.0.0 等，也就是目前主流的稳定的内核(2.6.18, 2.6.32)使用的都是该算法。这个没得说，目前综合性能最好的。当然，如果你是想访问国外的，比如科学上网之类的， 当然使用 hybla，加载，开启:
# modprobe tcp_hybla
# echo hybla > /proc/sys/net/ipv4/tcp_congestion_control

除了上面几个重要的之外，还有几个需要注意的。

1. tcp_timstamps 会在 TCP header 额外的增加 12bytes，10G 网络可以关闭。
2. 对于 tcp_sack 来说，对于 WAN 的效果可能会比较好，但是会增加 CPU util，开不开对 LAN 影响不是很大，都 10G 的 LAN 了，可以肯定的说不会出现丢包这种网络很糟糕的情况
3. tcp_low_latency higher throughput > low latency，这个目前主流的系统默认都是 0。
4. tcp_mtu_probing 对于开启了 jumbo frames 的机器来说，需要开启，默认是 0。这个主要是为了弥补使用 PMTUD 调整 MTU 出现的一些问题。如果置为 2，则会牵扯到 tcp_base_mss，默认为 512，即使用 tcp_base_mss 作为起始的 MSS 值。与之相关的还有 ip_no_pmtu_disc 这个参数，默认为 0，即依然会优先使用传统的 PMTUD，只有当遇到 blackhole 的时候才会使用 PLPMTUD(Packetization Layer Path MTU Discovery)，也就是上面提到的技术。 另外，像 fs.file-max, net.ipv4.ip_local_port_range 这类通用性的就不在这里说了，记得修改。

下面是一个范例:
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.core.rmem_default = 600000
net.core.wmem_default = 600000
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216
net.ipv4.tcp_mem = 10000000 10000000 10000000
net.core.netdev_max_backlog = 600000
net.ipv4.tcp_timestamps = 0
net.ipv4.tcp_sack = 0
net.ipv4.tcp_low_latency = 0
net.ipv4.tcp_mtu_probing = 1
net.ipv4.tcp_base_mss = 512
net.ipv4.ip_no_pmtu_disc = 0
net.ipv4.tcp_congestion_control = cubic