Nginx服務器上軟中斷過高問題如何解決？
前些天發現XEN虛擬機上的Nginx服務器存在一個問題：軟中斷過高，而且大部分都集中在同一個CPU，一旦系統繁忙，此CPU就會成為木桶的短板。
在問題服務器上運行「top」命令可以很明顯看到「si」存在異樣，大部分軟中斷都集中在 1 號CPU上，其它的CPU完全使不上勁兒：
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
查詢一下軟中斷相關數據，發現主要集中在 NET_RX 上，猜測是網卡問題：
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
補充：有一個查看中斷（Interrupt）的top風格小工具 itop ，推薦試試。
確認一下宿主機上的網卡信息，發現其運行在單隊列模式下：
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: eth1: (PCIe:2.5GT/s:Width x4) 00:1b:21:bf:b3:2d igb 0000:05:00.1: eth1: PBA No: G18758-002 igb 0000:05:00.1: Using MSI-X ... 1 rx queue(s), 1 tx queue(s)
接著確認一下網卡的中斷號，因為是單隊列，所以只有一個中斷號 45：
shell> grep eth /proc/interrupts | awk '{print $1, $NF}'
45: eth0
知道了網卡的中斷號，就可以查詢其中斷親緣性配置「smp_affinity」：
shell> cat /proc/irq/45/smp_affinity 02
這里的 02 實際上是十六進制，表示 1 號CPU，計算方法如下（參考資料）：
Binary Hex
CPU 0 0001 1
CPU 1 0010 2
CPU 2 0100 4
+ CPU 3 1000 8
-----------------------
both 1111 f
說明：如果 4 個CPU都參與中斷處理，那么設為 f；同理 8 個CPU的就設置成 ff：
shell> echo ff > /proc/irq/45/smp_affinity
此外還有一個類似的配置「smp_affinity_list」：
shell> cat /proc/irq/45/smp_affinity_list 1
兩個配置是相通的，修改了一個，另一個會跟著變。不過「smp_affinity_list」使用的是十進制，相比較「smp_affinity」的十六進制，可讀性更好些。
了解了這些基本知識，我們可以嘗試換一個CPU試試看會發生什么：
echo 0 > /proc/irq/45/smp_affinity_list
再通過「top」命令觀察，會發現處理軟中斷的CPU變成了 0 號CPU。
說明：如果希望多個CPU參與中斷處理的話，可以使用類似下面的語法：
echo 3,5 > /proc/irq/45/smp_affinity_list echo 0-7 > /proc/irq/45/smp_affinity_list
壞消息是對單隊列網卡而言，「smp_affinity」和「smp_affinity_list」配置多CPU無效。
好消息是Linux支持RPS，通俗點來說就是在軟件層面模擬實現硬件的多隊列網卡功能。
首先看看如何配置RPS，如果CPU個數是 8 個的話，可以設置成 ff：
shell> echo ff > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
接著配置內核參數rps_sock_flow_entries（官方文檔推薦設置： 32768）：
shell> sysctl net.core.rps_sock_flow_entries=32768
***配置rps_flow_cnt，單隊列網卡的話設置成rps_sock_flow_entries即可：
echo 32768 > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_flow_cnt
說明：如果是多隊列網卡，那么就按照隊列數量設置成 rps_sock_flow_entries / N 。
做了如上的優化后，我們再運行「top」命令可以看到軟中斷已經分散到了兩個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
疑問：理論上講，我已經設置了RPS為ff，應該所有 8 個CPU一起分擔軟中斷才對，可實際結果只有兩個，有知道原因的請賜教，但是不管怎么說，兩個總好過一個。
此外，因為這是一臺Nginx服務器，所以通過「worker_cpu_affinity」指令可以配置Nginx使用哪些CPU，如此一來我們便可以繞開高負載的CPU，對性能會有一些幫助。
補充：如果服務器是NUMA架構的話，那么「numactl –cpubind」可能也會有用。
