CPU软中断概念与案例

mingjie

发布于 2022-05-12 10:01:38

1.9K0

文章被收录于专栏：Postgresql源码分析Postgresql源码分析

CPU软中断概念&案例

1 案例一

1.1 环境部署

环境1：WEB服务器

docker run -itd --name=nginx -p 80:80 nginx

环境2：SYN攻击

curl http://xxx.xxx.xxx.xxx/
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
...

# -S 参数表示设置 TCP 协议的 SYN（同步序列号），-p 表示目的端口为 80
# -i u100 表示每隔 100 微秒发送一个网络帧
# 注：如果你在实践过程中现象不明显，可以尝试把 100 调小，比如调成 10 甚至 1
$ hping3 -S -p 80 -i u1 xxx.xxx.xxx.xxx

1.2 分析过程

1、CPU使用率不高但是软中断已经到了10%，从非idle状态的全部用在了软中断上面。

2、确认是哪个软中断导致的问题

watch -d cat /proc/softirqs

TIMER（定时中断）、NET_RX（网络接收）、SCHED（内核调度）、RCU（RCU 锁）中，网络接收变化最快。

3、确认了网络问题，继续观察下网络收发包的情况

# -n DEV 表示显示网络收发的报告，间隔 1 秒输出一组数据
sar -n DEV 1

报告时间 | 网卡 | rxpck/s txpck/s收发帧数 | exkB/s txkB/s收发千字节数

对网卡et0来说，收帧很大112924.00，但是数据量很小5955.00。
计算一下5955.00*1024Byte/112924.00=54Byte平均每个包只有54字节即小包问题。

4、抓包确认问题

tcpdump -i eth0 -n tcp port 80

21:59:25.549573 IP 源端.40615 > 目标端.http: Flags [S], seq 270293337, win 512, length 0
21:59:25.549592 IP 源端.40616 > 目标端.http: Flags [S], seq 830767629, win 512, length 0

Flags [S]表示syn包，PPS超过1.2W确认syn flood攻击。

2 案例二

sysbench测试发现系统大量net中断

分析网络流量

sar -n DEV 1
07:33:55 PM     IFACE   rxpck/s   txpck/s    rxkB/s    txkB/s   rxcmp/s   txcmp/s  rxmcst/s
07:33:56 PM      eth0 124048.00 319294.00  10680.15 219670.82      0.00      0.00      1.00
07:33:56 PM      eth1 117075.00 325641.00  14828.60 227463.34      0.00      0.00      0.00
07:33:56 PM        lo     73.00     73.00     53.75     53.75      0.00      0.00      0.00

同样收帧很大124048.00每秒，但是数据量还不算大
10680.15*1024Byte/124048=88.16Byte字节

进一步分析数据包

sudo tcpdump -i eth0 tcp and port 3001 -n -nn -s0 -tttt -w mysql.cap

tcpdump -r mysql.cap | more

没有使用连接池大量短连接问题！

2 概念

2.1 软中断概念

linux的中断会打断CPU当前的工作，中断一般都设计的短小精悍。但是也为了解决中断处理程序执行时间过长和中断丢失的问题，Linux的中断分为两个阶段：

上半部用来快速处理中断，它在中断禁止模式下运行，主要处理硬件相关和时间敏感的工作
下半部用来延迟处理上半部未完成的工作，通常以内核线程的方式运行

网卡收数据包的例子：

网卡收到数据包后会通过硬件中断的方式，通知内核有新的数据到了：对上半部来说，既然是快速处理，其实就是要把网卡的数据读到内存中，然后更新一下硬件寄存器的状态（表示数据已经读好了），最后再发送一个软中断信号，通知下半部做进一步的处理。而下半部被软中断信号唤醒后，需要从内存中找到网络数据，再按照网络协议栈，对数据进行逐层解析和处理，直到把它送给应用程序。

上半部直接处理硬件请求，也就是我们常说的硬中断，特点是快速执行
而下半部则是由内核触发，也就是我们常说的软中断，特点是延迟执行

实际上，上半部会打断 CPU 正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序。而下半部以内核线程的方式执行，并且每个CPU都对应一个软中断内核线程，名字为 “ksoftirqd/CPU 编号”，比如说， 0 号 CPU 对应的软中断内核线程的名字就是 ksoftirqd/0。不过要注意的是，软中断不只包括了刚刚所讲的硬件设备中断处理程序的下半部，一些内核自定义的事件也属于软中断，比如内核调度和RCU 锁（Read-Copy Update 的缩写，RCU是 Linux 内核中最常用的锁之一）等。

2.2 查看软中断和内核线程

/proc/softirqs 提供了软中断的运行情况；
/proc/interrupts 提供了硬中断的运行情况。

运行下面的命令，查看 /proc/softirqs 文件的内容，你就可以看到各种类型软中断在不同 CPU 上的累积运行次数

在查看 /proc/softirqs 文件内容时，你要特别注意以下这两点。

第一，要注意软中断的类型，也就是这个界面中第一列的内容。从第一列你可以看到，软中断包括了 10 个类别，分别对应不同的工作类型。比如 NET_RX 表示网络接收中断，而 NET_TX 表示网络发送中断。
第二，要注意同一种软中断在不同 CPU 上的分布情况，也就是同一行的内容。正常情况下，同一种中断在不同 CPU 上的累积次数应该差不多。比如这个界面中，NET_RX 在 CPU0 和 CPU1 上的中断次数基本是同一个数量级，相差不大。

不过你可能发现，TASKLET 在不同 CPU 上的分布并不均匀。TASKLET 是最常用的软中断实现机制，每个 TASKLET 只运行一次就会结束，并且只在调用它的函数所在的 CPU 上运行。

因此，使用 TASKLET 特别简便，当然也会存在一些问题，比如说由于只在一个 CPU 上运行导致的调度不均衡，再比如因为不能在多个 CPU 上并行运行带来了性能限制。

另外，刚刚提到过，软中断实际上是以内核线程的方式运行的，每个 CPU 都对应一个软中断内核线程，这个软中断内核线程就叫做 ksoftirqd/CPU 编号。那要怎么查看这些线程的运行状况呢？

其实用 ps 命令就可以做到，比如执行下面的指令：

$ ps aux | grep softirq
root         7  0.0  0.0      0     0 ?        S    Oct10   0:01 [ksoftirqd/0]
root        16  0.0  0.0      0     0 ?        S    Oct10   0:01 [ksoftirqd/1]

这些线程的名字外面都有中括号，这说明 ps 无法获取它们的命令行参数（cmline）。一般来说，ps 的输出中，名字括在中括号里的，一般都是内核线程。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2020-04-03，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

linux

本文分享自作者个人站点/博客前往查看

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，欢迎热爱写作的你一起参与！

linux

登录后参与评论

0 条评论

热度