Linux性能优化(十六)——中断绑定
一、中断绑定简介
1、中断简介
计算机中,中断是一种电信号,由硬件产生并直接送到中断控制器上,再由中断控制器向CPU发送中断信号,CPU检测到信号后,中断当前工作转而处理中断信号。CPU会通知操作系统已经产生中断,操作系统就会对中断进行处理。常见的中断控制器有两种:可编程中断控制器8259A和高级可编程中断控制器(APIC)。8259A只适合单 CPU的情况,多CPU多核的SMP体系下,为了充分利用SMP体系结构,把中断传递给系统上的每个CPU以便更好实现并行和提高性能,Intel引入了高级可编程中断控制器(APIC)。
中断是一种硬件主动发起的和CPU进行通信的方式,轮询(polling)是CPU定时对硬件状态进行查询然后做相应处理。
每个硬件设备(如硬盘、网卡等)都需要和CPU进行通信,以便CPU处理硬件请求,硬件设备主动打扰CPU的现象称为硬件中断。
操作系统中,每个硬件设备都会被分配一个IRQ号,通过唯一的IRQ号可以区分不同硬件的中断。
2、中断绑定简介
中断绑定即设置中断的CPU Affinity,让中断只在指定CPU核心上进行响应。
硬件中断发生频繁,会非常消耗CPU资源。在多核CPU条件下,如果把大量硬件中断分配给不同的CPU核心处理可以很好的平衡性能。通常服务器上会有多个CPU多核、多块网卡、多块硬盘,如果能让网卡中断独占1个CPU核心、磁盘IO中断独占1个CPU核心,将会大大减轻单一CPU负载、提高整体处理效率。
默认情况下,Linux中断响应会被平均分配到所有CPU核心上,势必会发生写新的数据和指令缓存,并与CPU核心上原有进程产生冲突,造成中断响应延迟,影响进程处理时间。为了解决中断响应延迟问题,可以将中断(或进程)绑定到指定CPU核心上,中断(或进程)所需要指令代码和数据有更大概率位于指定CPU本地数据和指令缓存内,而不必进行新的写缓存,从而提高中断响应(或进程)的处理速度。将某一个进程及其相关中断绑定在同一个CPU核心上,使其共享缓存,提高程序性能;将彼此不相关的中断与进程绑定到不同的CPU核心上,可以避免冲突,提高程序性能。
Linux Kernel 2.4开始支持把不同的硬件中断请求(IRQ)分配到特定的CPU上,绑定技术被称为SMP IRQ Affinity。
3、中断绑定应用
对于文件服务器、Web服务器,把不同的网卡IRQ均衡绑定到不同的CPU上将会减轻某CPU的负载,提高多个CPU整体处理中断的能力;对于数据库服务器,把磁盘控制器绑到一个CPU、把网卡绑定到另一个CPU将会提高数据库的响应时间、优化性能。
合理的根据自己的生产环境和应用的特点来平衡IRQ中断有助于提高系统的整体吞吐能力和性能。
二、中断绑定流程
1、关闭中断平衡守护进程
中断平衡守护进程(irqbalance daemon)会周期性地将中断平均地公平地分配给各个CPU核心,默认开启。为了实现中断绑定,首先需要将中断平衡守护进程关闭。
systemctl status irqbalance
查看守护进程的运行状态
systemctl stop irqbalance
关闭中断平衡守护进程,中断响应默认都会由CPU0核心处理。
systemctl disable irqbalance
取消中断平衡守护进程开机重启
关闭中断平衡守护进程过于强硬,可以在不关闭中断平衡守护进程条件下,让某些CPU核心脱离中断平衡守护进程的管理。
2、脱离中断平衡守护进程
可以通过修改/etc/sysconfig/irqbalance配置文件,将指定CPU核心从中断平衡守护进程的列表中脱离出来,即中断平衡守护进程不会再将中断分配给相应CPU核心。
将IRQBALANCE_BANNED_CPUS指定禁止中断平衡守护进程管理的CPU十六进制掩码,如将8~15编号CPU核心从中断平衡守护进程中脱离,设置如下:
IRQBALANCE_BANNED_CPUS=0000ff00
CPU掩码最多可以有64位,如果计算机核心数超过32个,可以使用两个32位掩码,并用逗号隔开。
IRQBALANCE_BANNED_CPUS=00000001,0000ff00
3、绑定指定中断到CPU
中断绑定时,需要关闭系统中断平衡守护进程
systemctl stop irqbalance
计算机当前各种中断响应情况在/proc/interrupts文件中。
第一列是中断ID号,CPU N列是中断在第n个CPU核心上的响应次数,倒数第二列是中断类型,最后一列是描述。
利用echo命令将CPU掩码写入/proc/irq /中断ID/smp_affinity文件中,即可实现修改某一中断的CPU亲和性。例如
echo 0x0004 > /proc/irq /50/smp_affinity
将网卡的中断响应绑定到CPU2核心上。
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