Date:   Fri, 11 Aug 2017 19:51:10 +0200
From:   Paweł Staszewski <pstaszewski@...are.pl>
To:     Linux Kernel Network Developers <netdev@...r.kernel.org>
Subject: Kernel 4.13.0-rc4-next-20170811 - IP Routing / Forwarding performance
 vs Core/RSS number / HT on

Hi

I made some tests for performance comparison.

Tested HW (FORWARDING HOST):

Intel(R) Xeon(R) Gold 6132 CPU @ 2.60GHz

Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)

Test diagram:


TRAFFIC GENERATOR (ethX) -> (enp216s0f0 - RX Traffic) FORWARDING HOST 
(enp216s0f1(vlan1000) - TX Traffic) -> (ethY) SINK

Forwarder traffic: UDP random ports from 9 to 19 with random hosts from 
172.16.0.1 to 172.16.0.255

TRAFFIC GENERATOR TX is stable 9.9Mpps (in kernel pktgen)


Settings used for FORWARDING HOST (changed param. was only number of RSS 
combined queues + set affinity assignment for them to fit with first 
numa node where 2x10G port card is installed)

ixgbe driver used from kernel (in-kernel build - not a module)

#!/bin/sh
ifc='enp216s0f0 enp216s0f1'
for i in $ifc
         do
         ip link set up dev $i
         ethtool -A $i autoneg off rx off tx off
         ethtool -G $i rx 4096 tx 1024
         ip link set $i txqueuelen 1000
         ethtool -C $i rx-usecs 10
         ethtool -L $i combined 16
         ethtool -K $i gro on tso on gso off sg on l2-fwd-offload off 
tx-nocache-copy on ntuple on
         ethtool -N $i rx-flow-hash udp4 sdfn
         done

ip link set up dev enp216s0f0
ip link set up dev enp216s0f1

ip a a 10.0.0.1/30 dev enp216s0f0

ip link add link enp216s0f1 name vlan1000 type vlan id 1000
ip link set up dev vlan1000
ip a a 10.0.0.5/30 dev vlan1000


ip route add 172.16.0.0/12 via 10.0.0.6

./set_irq_affinity.sh -x 14-27,42-43 enp216s0f0
./set_irq_affinity.sh -x 14-27,42-43 enp216s0f1
#cat  /sys/devices/system/node/node1/cpulist
#14-27,42-55
#cat  /sys/devices/system/node/node0/cpulist
#0-13,28-41

#################################################


Looks like forwarding performance when using vlans on ixgbe is less that 
without vlans for about 30-40% (wondering if this is some vlan 
offloading problem and ixgbe)

settings below:

ethtool -k enp216s0f0
Features for enp216s0f0:
Cannot get device udp-fragmentation-offload settings: Operation not 
supported
rx-checksumming: on
tx-checksumming: on
         tx-checksum-ipv4: off [fixed]
         tx-checksum-ip-generic: on
         tx-checksum-ipv6: off [fixed]
         tx-checksum-fcoe-crc: off [fixed]
         tx-checksum-sctp: on
scatter-gather: on
         tx-scatter-gather: on
         tx-scatter-gather-fraglist: off [fixed]
tcp-segmentation-offload: on
         tx-tcp-segmentation: on
         tx-tcp-ecn-segmentation: off [fixed]
         tx-tcp-mangleid-segmentation: on
         tx-tcp6-segmentation: on
udp-fragmentation-offload: off
generic-segmentation-offload: off
generic-receive-offload: on
large-receive-offload: off
rx-vlan-offload: on
tx-vlan-offload: on
ntuple-filters: on
receive-hashing: on
highdma: on [fixed]
rx-vlan-filter: on
vlan-challenged: off [fixed]
tx-lockless: off [fixed]
netns-local: off [fixed]
tx-gso-robust: off [fixed]
tx-fcoe-segmentation: off [fixed]
tx-gre-segmentation: on
tx-gre-csum-segmentation: on
tx-ipxip4-segmentation: on
tx-ipxip6-segmentation: on
tx-udp_tnl-segmentation: on
tx-udp_tnl-csum-segmentation: on
tx-gso-partial: on
tx-sctp-segmentation: off [fixed]
tx-esp-segmentation: off [fixed]
fcoe-mtu: off [fixed]
tx-nocache-copy: on
loopback: off [fixed]
rx-fcs: off [fixed]
rx-all: off
tx-vlan-stag-hw-insert: off [fixed]
rx-vlan-stag-hw-parse: off [fixed]
rx-vlan-stag-filter: off [fixed]
l2-fwd-offload: off
hw-tc-offload: off
esp-hw-offload: off [fixed]
esp-tx-csum-hw-offload: off [fixed]
rx-udp_tunnel-port-offload: on


Another thing is that forwarding performance does not scale with number 
of cores when 7+ cores are reached




perf top:

  PerfTop:   77835 irqs/sec  kernel:99.7%  exact:  0.0% [4000Hz 
cycles],  (all, 56 CPUs)
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

     16.32%  [kernel]       [k] skb_dst_force
     16.30%  [kernel]       [k] dst_release
     15.11%  [kernel]       [k] rt_cache_valid
     12.62%  [kernel]       [k] ipv4_mtu
      5.60%  [kernel]       [k] do_raw_spin_lock
      3.03%  [kernel]       [k] fib_table_lookup
      2.70%  [kernel]       [k] ip_finish_output2
      2.10%  [kernel]       [k] dev_gro_receive
      1.89%  [kernel]       [k] eth_type_trans
      1.81%  [kernel]       [k] ixgbe_poll
      1.15%  [kernel]       [k] ixgbe_xmit_frame_ring
      1.06%  [kernel]       [k] __build_skb
      1.04%  [kernel]       [k] __dev_queue_xmit
      0.97%  [kernel]       [k] ip_rcv
      0.78%  [kernel]       [k] netif_skb_features
      0.74%  [kernel]       [k] ipt_do_table
      0.70%  [kernel]       [k] acpi_processor_ffh_cstate_enter
      0.64%  [kernel]       [k] ip_forward
      0.59%  [kernel]       [k] __netif_receive_skb_core
      0.55%  [kernel]       [k] dev_hard_start_xmit
      0.53%  [kernel]       [k] ip_route_input_rcu
      0.53%  [kernel]       [k] ip_rcv_finish
      0.51%  [kernel]       [k] page_frag_free
      0.50%  [kernel]       [k] kmem_cache_alloc
      0.50%  [kernel]       [k] udp_v4_early_demux
      0.44%  [kernel]       [k] skb_release_data
      0.42%  [kernel]       [k] inet_gro_receive
      0.40%  [kernel]       [k] sch_direct_xmit
      0.39%  [kernel]       [k] __local_bh_enable_ip
      0.33%  [kernel]       [k] netdev_pick_tx
      0.33%  [kernel]       [k] validate_xmit_skb
      0.28%  [kernel]       [k] fib_validate_source
      0.27%  [kernel]       [k] deliver_ptype_list_skb
      0.25%  [kernel]       [k] eth_header
      0.23%  [kernel]       [k] get_dma_ops
      0.22%  [kernel]       [k] skb_network_protocol
      0.21%  [kernel]       [k] ip_output
      0.21%  [kernel]       [k] vlan_dev_hard_start_xmit
      0.20%  [kernel]       [k] ixgbe_alloc_rx_buffers
      0.18%  [kernel]       [k] nf_hook_slow
      0.18%  [kernel]       [k] apic_timer_interrupt
      0.18%  [kernel]       [k] virt_to_head_page
      0.18%  [kernel]       [k] build_skb
      0.16%  [kernel]       [k] swiotlb_map_page
      0.16%  [kernel]       [k] ip_finish_output
      0.16%  [kernel]       [k] udp4_gro_receive


RESULTS:

CSV format - delimeter ";"

ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;1;64;1470912;88247040;1470720;85305530
1;1;64;1470912;88285440;1470977;85335110
2;1;64;1470464;88247040;1470402;85290508
3;1;64;1471424;88262400;1471230;85353728
4;1;64;1468736;88166400;1468672;85201652
5;1;64;1470016;88181760;1469949;85234944
6;1;64;1470720;88247040;1470466;85290624
7;1;64;1471232;88277760;1471167;85346246
8;1;64;1469184;88170240;1469249;85216326
9;1;64;1470592;88227840;1470847;85294394
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;2;64;2413120;144802560;2413245;139975924
1;2;64;2415296;144913920;2415356;140098188
2;2;64;2416768;144898560;2416573;140105670
3;2;64;2418176;145056000;2418110;140261806
4;2;64;2416512;144990720;2416509;140172950
5;2;64;2415168;144860160;2414466;140064780
6;2;64;2416960;144983040;2416833;140190930
7;2;64;2413632;144768000;2413568;140001734
8;2;64;2415296;144898560;2414589;140087168
9;2;64;2416576;144963840;2416892;140190930
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;3;64;3419008;205155840;3418882;198239244
1;3;64;3428032;205585920;3427971;198744234
2;3;64;3425472;205536000;3425344;198677260
3;3;64;3425088;205470720;3425156;198603136
4;3;64;3427648;205693440;3426883;198773888
5;3;64;3426880;205670400;3427392;198796044
6;3;64;3429120;205678080;3430140;198848186
7;3;64;3422976;205355520;3423490;198458136
8;3;64;3423168;205336320;3423486;198495372
9;3;64;3424384;205493760;3425538;198617868
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;4;64;4406464;264364800;4405244;255560296
1;4;64;4404672;264349440;4405122;255541504
2;4;64;4402368;264049920;4403326;255188864
3;4;64;4401344;264076800;4400702;255207134
4;4;64;4385536;263074560;4386620;254312716
5;4;64;4386560;263189760;4385404;254379532
6;4;64;4398784;263857920;4399031;255025288
7;4;64;4407232;264445440;4407998;255637900
8;4;64;4413184;264698880;4413758;255875816
9;4;64;4411328;264526080;4411906;255712372
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;5;64;5094464;305871360;5094464;295657262
1;5;64;5090816;305514240;5091201;295274810
2;5;64;5088384;305387520;5089792;295175108
3;5;64;5079296;304869120;5079484;294680368
4;5;64;5092992;305544960;5094207;295349166
5;5;64;5092416;305502720;5093372;295334260
6;5;64;5080896;304896000;5081090;294677004
7;5;64;5085376;305114880;5086401;294933058
8;5;64;5092544;305575680;5092036;295356938
9;5;64;5093056;305652480;5093832;295449506
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;6;64;5705088;342351360;5705784;330965110
1;6;64;5710272;342743040;5707591;331373952
2;6;64;5703424;342182400;5701826;330776552
3;6;64;5708736;342604800;5707963;331147462
4;6;64;5710144;342654720;5712067;331202910
5;6;64;5712064;342777600;5711361;331292288
6;6;64;5710144;342585600;5708607;331144272
7;6;64;5699840;342021120;5697853;330609222
8;6;64;5701184;342124800;5702909;330653592
9;6;64;5711360;342735360;5713283;331247686
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;7;64;6244416;374603520;6243591;362180072
1;7;64;6230912;374016000;6231490;361534126
2;7;64;6244800;374776320;6244866;362224326
3;7;64;6238720;374376960;6238261;361838510
4;7;64;6218816;373079040;6220413;360683962
5;7;64;6224320;373566720;6225086;361017404
6;7;64;6224000;373570560;6221370;360936088
7;7;64;6210048;372741120;6210627;360212654
8;7;64;6231616;374035200;6231537;361445502
9;7;64;6227840;373724160;6228802;361162752
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;8;64;6251840;375144960;6251849;362609678
1;8;64;6250816;375014400;6250881;362547038
2;8;64;6257728;375432960;6257160;362911104
3;8;64;6255552;375325440;6255622;362822074
4;8;64;6243776;374576640;6243270;362120622
5;8;64;6237184;374296320;6237690;361790080
6;8;64;6240960;374415360;6240714;361927366
7;8;64;6222784;373317120;6223746;360854424
8;8;64;6225920;373593600;6227014;361154980
9;8;64;6238528;374304000;6237701;361845238
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;14;64;6486144;389184000;6486135;376236488
1;14;64;6454912;387390720;6454222;374466734
2;14;64;6441152;386480640;6440431;373572780
3;14;64;6450240;386972160;6450870;374070014
4;14;64;6465600;387997440;6467221;375089654
5;14;64;6448384;386860800;6448000;373980230
6;14;64;6452352;387095040;6452148;374168904
7;14;64;6441984;386507520;6443203;373665058
8;14;64;6456704;387340800;6455744;374429092
9;14;64;6464640;387901440;6465218;374949004
ID;CPU_CORES / RSS QUEUES;PKT_SIZE;PPS_RX;BPS_RX;PPS_TX;BPS_TX
0;16;64;6939008;416325120;6938696;402411192
1;16;64;6941952;416444160;6941745;402558918
2;16;64;6960576;417584640;6960707;403698718
3;16;64;6940736;416486400;6941820;402503876
4;16;64;6927680;415741440;6927420;401853870
5;16;64;6929792;415687680;6929917;401839196
6;16;64;6950400;416989440;6950661;403026166
7;16;64;6953664;417216000;6953454;403260544
8;16;64;6948480;416851200;6948800;403023266
9;16;64;6924160;415422720;6924092;401542468

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