Hi3536网络应用调优

news2024/11/24 8:40:30

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1. 为什么UDP接收或发送会丢包?

2. 使用 socket 接口时，如何正确工作在非阻塞模式下？ 

3. TOE 使能及使用注意事项

4. TOE 模式下使用 socket 接口时的注意事项  

1. 为什么UDP接收或发送会丢包?

  • 用户态应用程序在接收 UDP 数据时（单播或组播报文），同时进行其它有延时的操作(如写码流数据到 USB 存储设备)，应该程序将延迟接收 UDP 数据包，而 socket 默认接收缓存只有108544Byte，这样可能会使 socket 接收缓存满，无法接收新的 UDP 数据包，出现丢包现象。可在内核下通过执行下面命令进行确认： 
    cat /proc/net/snmp | grep Udp

    如果 RcvbufErrors 字段增加较多，说明确实是 socket 接收缓存满导致的丢包。以下命令可以增加接收缓冲区大小（设置为 20,000,000 字节 (即 20 MB)），解决以上问题。

    echo 20000000 > /proc/sys/net/core/rmem_max
echo 20000000 > /proc/sys/net/core/rmem_default
echo 20000000 > /proc/sys/net/core/netdev_max_backlog

    这样做的目的是提高网络传输性能，特别是在处理大量数据流时。这种改动，需要根据实际码流发送速度和接收程序的延时进行参数调优。

  • UDP 发送可能会丢包，一种原因是 CPU 发送 UDP 报文的速率超过了网卡 MAC 的发包速率，导致网卡MAC的发送缓冲队列满，引起了丢包。可以在内核下通过执行下面命令进行确认：  
    ifconfig eth0

    如果打印的信息中 TX dropped 和 overruns 值基本相等，都增加较多，说明是网络MAC的发送缓冲队列满导致的丢包。以下命令可以减小发送缓冲区，让CPU发包速率慢一点，解决以上问题。

    echo 20000 > /proc/sys/net/core/wmem_max
echo 20000 > /proc/sys/net/core/wmem_default

    这种改动，需要根据码流发送速率和丢包率的要求进行参数调优。

2. 使用 socket 接口时，如何正确工作在非阻塞模式下？ 

在网络编程中对于一个网络句柄会遇到阻塞IO 和非阻塞IO 的概念, 这里对于这两种 socket 先做一下说明： 

阻塞IO：socket 的阻塞模式意味着必须要做完IO 操作（包括错误）才会返回。

非阻塞IO：非阻塞模式下无论操作是否完成都会立刻返回，需要通过其他方式来判断具体操作是否成功。

对于一个 socket 是阻塞模式还是非阻塞模式有两种方式来处理：

  • 方法1：fcntl 设置；用 F_GETFL 获取 flags，用 F_SETFL 设置 flags | O_NONBLOCK; fcntl 函数可以将一个 socket 句柄设置成非阻塞模式:  
    flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);           //获取文件的flags值
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);  //设置成非阻塞模式

    设置之后每次对于 sockfd 的操作都是非阻塞的。

    flags  = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);           //获取文件的flags值
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);  //设置成阻塞模式

    设置之后每次对于sockfd 的操作都是阻塞的。

  • 方法2：recv、send 系列的参数 (读取、发送时，临时将 sockfd 或 filefd 设置为非阻塞)。 recv、send 函数的最后有一个 flag 参数可以设置成 MSG_DONTWAIT，临时将 sockfd 设置为非阻塞模式，而无论原有是阻塞还是非阻塞。 
    recv(sockfd, buff, buff_size, MSG_DONTWAIT);  //非阻塞模式的消息发送
send(scokfd, buff, buff_size, MSG_DONTWAIT);  //非阻塞模式的消息接受

3. TOE 使能及使用注意事项

TOE 模块(TCP Offload Engine，TCP 卸载引擎) 同时实现两个网络接口数据的接收和发送，可以工作在 10/100/1000Mbit/s 模式下，支持半双工和全双工工作模式，提供 MII、RMII 和 RGMII 接口。TOE 模块能够通过硬件部分实现 TCP/IP 加速处理的功能，不但能够提升网络接口的吞吐量，还可以显著的降低 CPU 占用率。

  • Hi3536 网口默认使用的是 bypass 功能，使能 TOE 功能只需要如下操作即可：

    修改文件系统的 /etc/init.d/S81toe 启动脚本：

    将 insmod /hitoe/stmmac.ko 注释掉；

    再将下列三句话使能，打开 TOE 功能：

    echo 8192 > /proc/sys/vm/min_free_kbytes
echo 200 > /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure
insmod /hitoe/stmmac.ko hitoe=1

    由于这里保留空间增大了，相应的 bootargs 中 MEM 的配置也要相应的增大，否则会出现内存不够用的情况。

  • Hi3536 GMAC 每次使用 TOE 发送数据时，需要大块连续的物理内存，但是内核中大块连续内存的数量非常少。因此在使用前需要做如下处理，确保能够分配到足够多的物理内存。下述处理只是简单的举例，具体的数值需要根据业务场景使用的连接数来决定。 
    echo 8192 > /proc/sys/vm/min_free_kbytes
echo 200 > /proc/sys/vm/vfs_cache_pressure

    min_free_kbytes 表示最小保留内存的大小，缺省值为 8192，vfs_cache_pressure 表示设置了虚拟内存回收 directory 和 i-node 缓冲的倾向，缺省值为 100，推荐设置为 200，因为该参数的值越大，回收的倾向越严重。这样 TOE 就会有更多的物理内存使用。Hi3536 ETH 使用时如果网口出现内存分配不足的情况下可以在 shell 下进行如下设置：echo 16384 > /proc/sys/vm/min_free_kbyte，增大最小保留内存。

  • TOE 不支持选择性重传功能，而内核默认打开了网络模块的选择性重传，为了 Hi3536 在 TOE 模式下能与对端设备协商一致，需要关闭选择性重传： 
    echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_sack
  • TOE 接收描述子个数可以配置，默认 4096，消耗 8MB 内存（每个描述子 2K）。补充说明：个数可以根据内存大小或应用场景配置。CPU 压力越大，网络压力越大，则配置描述子大可以提高性能，其他情况下可以减少配置，一般简单场景 256 即可，可以节省内存，配置范围 256~8192。配置方法举例： 
    insmod stmmac.ko hitoe=1 tnk_rx_fifo=4096
  • 增加 socket 选项，可以通过 setsocketopt 来实现某个 socket 是否使用 TOE 功能，目前默认每个 socket 都使能 TOE。实现方法：在具体的业务 socket 层代码中定义如下宏： 
    #define SO_TOE_ENABLE 76

    在创建 socket 连接的代码实现中添加 TOE 使能开关：

    int val = 0; /* DISABLE TOE : val = 0 ENABLE TOE: val = 1*/
int len = sizeof(int);
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_TOE_ENABLE, &val, len);

  • 增加 socket 选项，可以通过 getsockopt 来获取某个 socket 是否处于 tcp 连接加速状态。实现方法：在具体的业务 socket 层代码中定义如下宏：

    #define SO_TOE_STATE 77

    当用户创建并使用 socket 后，用户可以通过如下代码在任意时刻获取 tcp 连接的加速状态：

    int val;
int len = sizeof(int);
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_TOE_STATE, &val, &len);

    如果返回的 val 值为 1，说明 tcp 连接处于加速状态，如果返回的 val 值为 0，说明 tcp 连接处于非加速状态。

  • 增加对所有连接默认是否开启 TOE 加速的支持。如果用户希望默认所有连接不开启 TOE 加速，仅当主动通过 setsockopt 设置某条连接开启 TOE 时，这条连接才开启 TOE 加速特性，那么用户可通过内核文件系统 /proc 下的参数来进行设置。其中，/proc/sys/tnk/tnk_tcp_gmac0_enable 是网口 0 口的 TOE 使能开关，/proc/sys/tnk/tnk_tcp_gmac1_enable 是网口 1 口的 TOE 使能开关，向该 proc 节点写 1 表示所有连接默认开启 TOE 加速，写 0 表示所有连接默认不开启 TOE 加速。如果用户希望网口 0 默认所有连接不开启 TOE 加速，使用命令如下： 
    echo 0 >/proc/sys/tnk/tnk_tcp_gmac0_enable

    这样，网口 0 所有连接默认都不会开启 TOE 加速，客户可以通过 setsockopt 来使能某条 socket 进入 TOE 加速。

4. TOE 模式下使用 socket 接口时的注意事项  

  • 在 TOE 模式下，不管是阻塞模式还是非阻塞模式，协议处理是由硬件完成的，当出现内核 buffer满时，都会给上层应用返回 EAGAIN，而在 Bypass 模式下，如果是阻塞模式，则出现内核 buffer 满时，不会返回 EAGAIN，而阻塞继续发送！
  • 另外经过查询得知 send 的返回值是这样处理的：阻塞模式与非阻塞模式下，send 返回值 < 0 && (errno == EINTR || errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN) 表示暂时发送失败，需要重试，如果 send 返回值 <= 0, && errno != EINTR && errno != EWOULDBLOCK && errno != EAGAIN 时，连接异常，才需要关闭。
  • 因此，建议应用程序在调用 send 时，若返回值 < 0 && (errno == EINTR || errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN) 应该延时等待一段时间再重新尝试发送，而不要直接调用 close 断开连接，则不会出现此问题。

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