从veth看虚拟网络设备的qdisc

背景

前段时间在测试docker的网络性能的时候，发现了一个veth的性能问题，后来给docker官方提交了一个PR，参考set tx_queuelen to 0 when create veth device，引起了一些讨论。再后来，RedHat的网络专家Jesper Brouer 出来详细的讨论了一下这个问题。

可以看到，veth设备qdisc队列，而环回设备/桥接设备是没qdisc队列的，参考br_dev_setup函数。

内核实现

在注册（创建）设备时，qdisc设置为noop_qdisc， register_netdevice -> dev_init_scheduler

void dev_init_scheduler(struct net_device *dev)
{
    dev->qdisc = &noop_qdisc;
    netdev_for_each_tx_queue(dev, dev_init_scheduler_queue, &noop_qdisc);
    dev_init_scheduler_queue(dev, &dev->rx_queue, &noop_qdisc);

    setup_timer(&dev->watchdog_timer, dev_watchdog, (unsigned long)dev);
}

打开设备时，如果没有配置qdisc时，就指定为默认的pfifo_fast队列： dev_open -> dev_activate，

void dev_activate(struct net_device *dev)
{
    int need_watchdog;

    /* No queueing discipline is attached to device;
       create default one i.e. pfifo_fast for devices,
       which need queueing and noqueue_qdisc for
       virtual interfaces
     */

    if (dev->qdisc == &noop_qdisc)
        attach_default_qdiscs(dev);
...
}

static void attach_default_qdiscs(struct net_device *dev)
{
    struct netdev_queue *txq;
    struct Qdisc *qdisc;

    txq = netdev_get_tx_queue(dev, 0);

    if (!netif_is_multiqueue(dev) || dev->tx_queue_len == 0) {
        netdev_for_each_tx_queue(dev, attach_one_default_qdisc, NULL);
        dev->qdisc = txq->qdisc_sleeping;
        atomic_inc(&dev->qdisc->refcnt);
    } else {///multi queue
        qdisc = qdisc_create_dflt(dev, txq, &mq_qdisc_ops, TC_H_ROOT);
        if (qdisc) {
            qdisc->ops->attach(qdisc);
            dev->qdisc = qdisc;
        }
    }
}

static void attach_one_default_qdisc(struct net_device *dev,
                     struct netdev_queue *dev_queue,
                     void *_unused)
{
    struct Qdisc *qdisc;

    if (dev->tx_queue_len) {
        qdisc = qdisc_create_dflt(dev, dev_queue,
                      &pfifo_fast_ops, TC_H_ROOT);
        if (!qdisc) {
            printk(KERN_INFO "%s: activation failed\n", dev->name);
            return;
        }

        /* Can by-pass the queue discipline for default qdisc */
        qdisc->flags |= TCQ_F_CAN_BYPASS;
    } else {
        qdisc =  &noqueue_qdisc;
    }
    dev_queue->qdisc_sleeping = qdisc;
}

创建noqueue

开始尝试直接删除设备默认的pfifo_fast队列，发现会出错：

# tc qdisc del dev vethd4ea root
RTNETLINK answers: No such file or directory
# tc  -s qdisc ls dev vethd4ea
qdisc pfifo_fast 0: root refcnt 2 bands 3 priomap  1 2 2 2 1 2 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
 Sent 29705382 bytes 441562 pkt (dropped 0, overlimits 0 requeues 0) 
 backlog 0b 0p requeues 0 

后来看到Jesper Brouer给出一个替换默认队列的方式，尝试了一下，成功完成。

替换默认的qdisc队列

# tc qdisc replace dev vethd4ea root pfifo limit 100
# tc  -s qdisc ls dev vethd4ea                      
qdisc pfifo 8001: root refcnt 2 limit 100p
 Sent 264 bytes 4 pkt (dropped 0, overlimits 0 requeues 0) 
 backlog 0b 0p requeues 0 
# ip link show vethd4ea
9: vethd4ea: <BROADCAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo master docker0 state UP mode DEFAULT qlen 1000
link/ether 3a:15:3b:e1:d7:6d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

修改队列长度

# ifconfig vethd4ea txqueuelen 0

删除qdisc

# tc qdisc del dev vethd4ea root                    
# ip link show vethd4ea                
9: vethd4ea: <BROADCAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue master docker0 state UP mode DEFAULT 
link/ether 3a:15:3b:e1:d7:6d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

可以看到，UP的veth设备成功修改成noqueue。

小结

总之，给虚拟网络设备创建默认的qdisc，是不太合理的。这会让虚拟机（或者容器）的网络瓶颈过早的出现在qdisc，而不是真实的物理设备（除非应用需要创建qdisc）。更多详细参考这里。

本文转自https://hustcat.github.io/veth/