Linux 性能优化实战
倪朋飞
资深 Linux 专家,Kubernetes 项目维护者
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Linux 性能优化实战
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45 | 答疑(五):网络收发过程中,缓冲区位置在哪里?

你好,我是倪朋飞。
专栏更新至今,四大基础模块的最后一个模块——网络篇,我们就已经学完了。很开心你还没有掉队,仍然在积极学习思考和实践操作,热情地留言和互动。还有不少同学分享了在实际生产环境中,碰到各种性能问题的分析思路和优化方法,这里也谢谢你们。
今天是性能优化答疑的第五期。照例,我从网络模块的留言中,摘出了一些典型问题,作为今天的答疑内容,集中回复。同样的,为了便于你学习理解,它们并不是严格按照文章顺序排列的。
每个问题,我都附上了留言区提问的截屏。如果你需要回顾内容原文,可以扫描每个问题右下方的二维码查看。

问题 1:网络收发过程中缓冲区的位置

第一点,是网络收发过程中,收发队列和缓冲区位置的疑问。
关于 Linux 网络,你必须要知道这些 中,我曾介绍过 Linux 网络的收发流程。这个流程涉及到了多个队列和缓冲区,包括:
网卡收发网络包时,通过 DMA 方式交互的环形缓冲区
网卡中断处理程序为网络帧分配的,内核数据结构 sk_buff 缓冲区
应用程序通过套接字接口,与网络协议栈交互时的套接字缓冲区。
不过相应的,就会有两个问题。
首先,这些缓冲区的位置在哪儿?是在网卡硬件中,还是在内存中?这个问题其实仔细想一下,就很容易明白——这些缓冲区都处于内核管理的内存中。
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全部留言(24)

  • 最新
  • 精选
  • 记忆
    老师你好,如果sk_buff 缓冲区 (socket buffer)不是套接字缓冲器区,那是不是还要进行一次数据的copy到套接字缓冲区,再通知应用程序有某个套接字数据可读了?那一帧数据到来,需要收包队列-->sk_buff-->套接字缓冲区-->应用程序空间内存里,拷贝了3次呢?

    作者回复: 这是两个不同的概念,具体到数据上,内核协议栈都是操作指针,并不会在不同协议层之间复制数据

    7
    18
  • 我来也
    [D45打卡] 四大模块学完了,接下来就是融会贯通了。😄 以前也知道socket连接是通过五元组唯一确定的,但实际写服务端程序时,还是会根据经验限定到65530。 现在想来,当时还是理解的不够透彻。 这个经验值当时是根据压力测试得来的,当时只用了一台机器去测连接数。🤦‍♂️如果用多个机器测可能好点。 另一个是服务器端单进程同时打开的文件数限制,平常限制的也是65535(可以继续调大)。一个进程默认还会打开2个文件,stdout stderr,所以需要再减2,如果有监听一个端口,还需要再减1。 有一次在生产环境中,同时连接数限制的是65535,结果到65533个连接时,把监听的端口给关闭了。(可能是所用框架导致的)虽然已有的连接未受影响,但之后就无法再接受新连接了。

    作者回复: 嗯,谢谢分享。不过线上环境也不推荐一直运行在达到资源极限的场景,最好是预留一些资源以便应对异常情况

    9
  • 剑衣清风
    老师你好,对于问题3我有个疑问 “对客户端来说,每次发起 TCP 连接请求时,都需要分配一个空闲的本地端口,去连接远端的服务器。由于这个本地端口是独占的,所以客户端最多只能发起 65535 个连接。” 那像 ab 这样的压测工具,是如何做到并发对服务端接口压测的?

    作者回复: 为客户端分配不同的端口去连接服务端,请求量大的时候还需要多机或多IP增大请求数

    3
    4
  • 胖胖虎
    老师,现在有很多零拷贝的技术比如dpdk,比较pf_ring_zc。我的理解是,这些技术通过内存映射的方法,直接把网卡设备环形缓冲里的数据直接拷贝到了用户态,省略了先拷贝到sk_buff,再到socket缓冲区,再到应用程序这个过程。不知道我这个理解是否准确。

    作者回复: 是的,除了内存拷贝优化,还减少了原来冗长的网络协议栈处理过程

    3
    1
  • 青石
    @记忆的问题“老师你好,如果sk_buff 缓冲区 (socket buffer)不是套接字缓冲器区,那是不是还要进行一次数据的copy到套接字缓冲区,再通知应用程序有某个套接字数据可读了?那一帧数据到来,需要收包队列-->sk_buff-->套接字缓冲区-->应用程序空间内存里,拷贝了3次呢?” 老师的回复是“这是两个不同的概念,具体到数据上,内核协议栈都是操作指针,并不会在不同协议层之间复制数据”。 我的理解是,收包队列、sk_buff、套接字缓冲区、应用程序空间内存,都是链接表结构,收保队列->sk_buff的过程,是sk_buff的指针指向收保队列的链头,再重新给收包队列分配空链表,内存上只是单纯的指针移动,并不涉及数据迁移。 不知道理解对不对,还请老师指正。

    作者回复: 可以简单这么理解,但实际上也不准确,对同一个网络报文来说,不同协议栈层处理的是同一个pkt不同位置的数据(同一个struct内部),而不是链表中的不同item。真要理解的话,还是推荐去看一下内核源码

    1
  • 腾达
    能不能再出一个有关TIME_WAIT、peer reset、socket read timeout、socket connect timeout 方面有关的案例? 类似java、php、nginx,做应用开发的会遇到很多这类问题。之前有网友提问:期待结合生产环境对这几个内核参数的讲解。目前生产环境下php服务器time_wait特别多,网络包的流程: NGINX代理<——>PHP服务器——>redis/mysql.. 高峰时期php服务器一共50k+的连接。49k+的time_wait。 我看到老师回复”后面会有的“。难道是《案例篇:如何优化NAT性能》里一笔带过的有关TIME_WAIT的东西? 能否专门出一个偏开发人员方面的网络案例? 网络篇里的案例大部分人都说不太跟的上,基础都不好,可能大部分人都是偏开发,网络接触的少,像NAT更是很少人接触了。希望再出一个偏开发人员适用的网络的案例

    作者回复: 后面的案例还会讲到timeout的

    1
  • 我来也
    试着回答下同学的提问。 nginx fork出来的子进程数是可以配置的。 有连接请求时,可能是选一个子进程响应连接请求(这个不太确定,也可能是主进程建立连接了交给子进程)。

    作者回复: 这是可配置的,也可以开启reuseport交给你系统来选择

    1
  • 我不吃甜食
    老师好,能不能讲一下select,poll和epoll的本质区别?

    作者回复: C10K篇里面已经讲过了

  • 爱学习的小学生
    客户端和服务端nginx连接80端口时,nginx会fork出一个子进程选一个随机端口与客户端建立连接吗?

    作者回复: 正好反正,客户端会随机一个端口去连接80端口

  • 划时代
    最近在广泛收集资料学习老师讲的C10K到C1000K的问题,打卡总结。
    3
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