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【引自xxxx的博客】Linux網絡目標

　　在生產力虛擬環境中，要達到高性能的網絡是極為重要的目標。針對這個目標，微軟使用在非虛擬環境下，相同等級的技術來在 Linux 虛擬環境中達成這個目標。舉例來說，讓虛擬機不透過 hypervisor 即可直接使用硬件網卡，例如如果有一張實體的 10G 網卡，我們必須要確保虛擬機能夠盡可能達到 10G 的網絡傳輸性能。在 Azure 公有云上，我們早已投入大量的技術與開發能量在優化 Linux 于虛擬環境的性能，以及虛擬機使用多個虛擬 CPU 的性能優化。并且也針對多個程序或者執行使用相當多的網絡聯機做了優化設計。而每個網絡包的延遲也是相當重要的部分，所以除了吞吐量要大之外，也必須顧及延遲的問題。也在 Linux 上實作這些功能并且作了實際的評估與測量。在稍后的章節會更仔細深入地提及這些測量的設置與結果。

　　Linux網絡性能特性

　　在 Linux 系統整合服務驅動程序(LIS)中，已經包含數個提升網絡性能及吞吐量的功能。 這些功能包括 Virtual Receive Side Scaling (vRSS) 以及數種 TCP/IP 的處理優化。vRSS 功能通過多個 vCPU 來處理流入的網絡包以增強網絡性能。在沒有 vRSS 的情況下，流入的包會導致第一顆 vCPU 經常中斷處理網絡包。而在繁重的網絡使用時，第一顆 vCPU 的使用率常常飆高至 100% 的使用率，而造成使用率的瓶頸，但其他的 vCPU 卻僅有少量的負載。 因此， vRSS 可以更有效利用多核來平均中斷不同的核心，減少第一顆 vCPU 因網絡造成的大量使用率。 經由測試，在八顆 vCPU 的情況下，網絡的吞吐量可以有顯著的提升。 如果您運行的虛擬機有多至八顆 vCPU 以上，則 vRSS 僅會使用其中的八顆 vCPU 來處理網絡包。 相反的若您使用小型虛擬機，僅搭載一顆 vCPU 時，則 vRSS 將不會帶來任何好處。 與 vRSS 類似，當在傳送包時，也會將這些包交由多顆 vCPU 來處理，來避免單顆 vCPU 高使用率所帶來的瓶頸。

　　現今， TCP 體積變得越來越大，甚至已經超越當初 Ethernet 的標準 MTU 規范。Linux 客戶端內的虛擬網卡驅動程序會采用較大的包來轉入 Hyper-V 主端后傳送。 Hyper-V 主端使用實體網卡轉送這種大型的數據到實體的網絡上。如果物理網卡不支持這么大的包，則 Hyper-V 會透過軟件分割切段。不過，從 Linux 客戶端傳遞至 Hyper-V 主端采用較大包的傳輸效率明顯高于使用較小的包。

　　而在檢查碼 (Checksum) 的作法也是類似的，在 Linux 客戶端到 Hyper-V 的包傳輸上，其包是沒有檢查碼片段的，而 Hyper-V 再轉送包去外部網絡時，將會使用物理網卡來做檢查碼的計算與附加。如果物理網卡不支持檢查碼計算功能，則 Hyper-V 將會透過軟件計算。 而在后述的情況，無論在客戶端或者主端做軟件計算所消耗的效能是幾乎沒有差異的。

　　上述功能不需要您去做特別的調整或管理。 Hyper-V 將會自動地依照情境啟用這些功能來提升網絡吞吐量以及減少 CPU 在處理網絡上的額外消耗。

　　Linux網絡可用性特性

　　其中一個新的網絡功能為虛擬網卡可用性功能。 這個功能將會在 Windows Server 2016 Hyper-V(可于目前處于技術預覽階段使用到)，以及最新版本的 LIS 驅動程序(4.0 或者之后的版本)。 通過虛擬網卡可用性功能，你可以在虛擬機運行當中，隨時添加或者移除虛擬網卡，這項功能也能減少虛擬機下線時間。 這在您排除網絡問題時相當有用，因為您可直接加入新的網絡聯機到已知有網絡問題的虛擬機中。

　　以下例子簡單示范，當您有一臺運行于 Hyper-V 上的 Linux 虛擬機，并配有一張虛擬網卡。 則在 Linux 客戶端內使用 ifconfig 命令將會看到下圖呈現的樣子：

　　如預期的，您將會看到網絡經由 eth0 聯機，還有一個本地回路 (loopback)。

　　但如果您到 Hyper-V 加入另外一張虛擬網卡至此虛擬機中，大部分的 Linux 虛擬機會立刻檢測到此虛擬網卡，并指派為 eth1 且自動使用 DHCP 獲取 IP 。 這張虛擬網卡可以馬上被使用，則 ifconfig 后的結果為下圖：

　　當您在 Hyper-V移除虛擬網卡時，Linux 虛擬機將會實時的移除這張網卡。

Linux網絡性能

　　我們建立一個測試環境，架設兩臺 Linux 虛擬機分別在兩臺分開的 Hyper-V 。而這兩個 Hyper-V 通過實體的 10G 網絡骨干鏈接，當然也支持更快的 40G 版本。 而這兩臺 Linux 虛擬機各自配備 8 顆虛擬 CPU 以發揮 vRSS 最大性能。 我們通過 iperf3 這個工具來測量 Linux 客戶端的最大網絡吞吐量。 iperf3 是個開源工具可以點這里到 Github 查看更多細節。 我們設定 iperf3 使用 16 條測試，并且有不同程度的吞吐量，來仿真典型生產力服務器的工作情況。

　　因此，上述的測量配置看起來將會如下圖：

　　總結

　　網絡高性能與高吞吐量是目前在生產虛擬環境為關鍵需求之一，而 Linux 目前在 Hyper-V 上運行已可達到 10G 物理網絡的連接速度，這將能提升更多生產力的使用需求。不過，我們的技術將會持續精進，下一步就是盡可能的達到與物理 40G 網絡相近的速度為目標。 除性能提升之外，也加入了虛擬網卡可用性功能減少下線時間，并提供您更有彈性的網絡設定。