Nginx服务器上软中断过高问题如何解决

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前些天发现XEN虚拟机上的Nginx服务器存在一个问题：软中断过高，而且大部分都集中在同一个CPU，一旦系统繁忙，此CPU就会成为木桶的短板。

在问题服务器上运行「top」命令可以很明显看到「si」存在异样，大部分软中断都集中在 1 号CPU上，其它的CPU完全使不上劲儿：

shell> top
Cpu0: 11.3%us,  4.7%sy,  0.0%ni, 82.5%id,  ...  0.8%si,  0.8%st
Cpu1: 21.3%us,  7.4%sy,  0.0%ni, 51.5%id,  ... 17.8%si,  2.0%st
Cpu2: 16.6%us,  4.5%sy,  0.0%ni, 77.7%id,  ...  0.8%si,  0.4%st
Cpu3: 15.9%us,  3.6%sy,  0.0%ni, 79.3%id,  ...  0.8%si,  0.4%st
Cpu4: 17.7%us,  4.9%sy,  0.0%ni, 75.3%id,  ...  1.2%si,  0.8%st
Cpu5: 23.6%us,  6.6%sy,  0.0%ni, 68.1%id,  ...  0.9%si,  0.9%st
Cpu6: 18.1%us,  4.9%sy,  0.0%ni, 75.7%id,  ...  0.4%si,  0.8%st
Cpu7: 21.1%us,  5.8%sy,  0.0%ni, 71.4%id,  ...  1.2%si,  0.4%st

查询一下软中断相关数据，发现主要集中在 NET_RX 上，猜测是网卡问题：

shell> watch -d -n 1 'cat /proc/softirqs'
                CPU0       CPU1       CPU2 ...       CPU7
      HI:          0          0          0 ...          0
   TIMER: 3692566284 3692960089 3692546970 ... 3693032995
  NET_TX:  130800410  652649368  154773818 ...  308945843
  NET_RX:  443627492 3802219918  792341500 ... 2546517156
   BLOCK:          0          0          0 ...          0
BLOCK_IOPOLL:      0          0          0 ...          0
 TASKLET:          0          0          0 ...          0
   SCHED: 1518716295  335629521 1520873304 ... 1444792018
 HRTIMER:        160       1351        131 ...        196
     RCU: 4201292019 3982761151 4184401659 ... 4039269755

补充：有一个查看中断（Interrupt）的top风格小工具 itop ，推荐试试。

确认一下宿主机上的网卡信息，发现其运行在单队列模式下：

shell> grep -A 10 -i network /var/log/dmesg
Initalizing network drop monitor service
Intel(R) Gigabit Ethernet Network Driver - version 3.0.19
igb 0000:05:00.0: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.0: eth0: (PCIe:2.5GT/s:Width x4) 00:1b:21:bf:b3:2c
igb 0000:05:00.0: eth0: PBA No: G18758-002
igb 0000:05:00.0: Using MSI-X ... 1 rx queue(s), 1 tx queue(s)
igb 0000:05:00.1: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.1: eth2: (PCIe:2.5GT/s:Width x4) 00:1b:21:bf:b3:2d
igb 0000:05:00.1: eth2: PBA No: G18758-002
igb 0000:05:00.1: Using MSI-X ... 1 rx queue(s), 1 tx queue(s)

接着确认一下网卡的中断号，因为是单队列，所以只有一个中断号 45：

shell> grep eth /proc/interrupts | awk '{print $1, $NF}'
45: eth0

知道了网卡的中断号，就可以查询其中断亲缘性配置「smp_affinity」：

shell> cat /proc/irq/45/smp_affinity
02

这里的 02 实际上是十六进制，表示 1 号CPU，计算方法如下（参考资料）：

  Binary       Hex 
  CPU 0    0001         1 
  CPU 1    0010         2
  CPU 2    0100         4
+ CPU 3    1000         8
  -----------------------
  both     1111         f

说明：如果 4 个CPU都参与中断处理，那么设为 f；同理 8 个CPU的就设置成 ff：

shell> echo ff > /proc/irq/45/smp_affinity

此外还有一个类似的配置「smp_affinity_list」：

shell> cat /proc/irq/45/smp_affinity_list
1

两个配置是相通的，修改了一个，另一个会跟着变。不过「smp_affinity_list」使用的是十进制，相比较「smp_affinity」的十六进制，可读性更好些。

了解了这些基本知识，我们可以尝试换一个CPU试试看会发生什么：

echo 0 > /proc/irq/45/smp_affinity_list

再通过「top」命令观察，会发现处理软中断的CPU变成了 0 号CPU。

说明：如果希望多个CPU参与中断处理的话，可以使用类似下面的语法：

echo 3,5 > /proc/irq/45/smp_affinity_list
echo 0-7 > /proc/irq/45/smp_affinity_list

坏消息是对单队列网卡而言，「smp_affinity」和「smp_affinity_list」配置多CPU无效。

好消息是Linux支持RPS，通俗点来说就是在软件层面模拟实现硬件的多队列网卡功能。

首先看看如何配置RPS，如果CPU个数是 8 个的话，可以设置成 ff：

shell> echo ff > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus

接着配置内核参数rps_sock_flow_entries（官方文档推荐设置： 32768）：

shell> sysctl net.core.rps_sock_flow_entries=32768

***配置rps_flow_cnt，单队列网卡的话设置成rps_sock_flow_entries即可：

echo 32768 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_flow_cnt

说明：如果是多队列网卡，那么就按照队列数量设置成 rps_sock_flow_entries / N 。

做了如上的优化后，我们再运行「top」命令可以看到软中断已经分散到了两个CPU：

shell> top
Cpu0: 24.8%us,  9.7%sy,  0.0%ni, 52.2%id,  ... 11.5%si,  1.8%st
Cpu1:  8.8%us,  5.1%sy,  0.0%ni, 76.5%id,  ...  7.4%si,  2.2%st
Cpu2: 17.6%us,  5.1%sy,  0.0%ni, 75.7%id,  ...  0.7%si,  0.7%st
Cpu3: 11.9%us,  7.0%sy,  0.0%ni, 80.4%id,  ...  0.7%si,  0.0%st
Cpu4: 15.4%us,  6.6%sy,  0.0%ni, 75.7%id,  ...  1.5%si,  0.7%st
Cpu5: 20.6%us,  6.9%sy,  0.0%ni, 70.2%id,  ...  1.5%si,  0.8%st
Cpu6: 12.9%us,  5.7%sy,  0.0%ni, 80.0%id,  ...  0.7%si,  0.7%st
Cpu7: 15.9%us,  5.1%sy,  0.0%ni, 77.5%id,  ...  0.7%si,  0.7%st

疑问：理论上讲，我已经设置了RPS为ff，应该所有 8 个CPU一起分担软中断才对，可实际结果只有两个，有知道原因的请赐教，但是不管怎么说，两个总好过一个。

此外，因为这是一台Nginx服务器，所以通过「worker_cpu_affinity」指令可以配置Nginx使用哪些CPU，如此一来我们便可以绕开高负载的CPU，对性能会有一些帮助。

补充：如果服务器是NUMA架构的话，那么「numactl –cpubind」可能也会有用。

到此，关于“Nginx服务器上软中断过高问题如何解决”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！