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NAS性能调优实例:Isilon重传解决经历

半夜里,手机突然响起。恍惚中按下接听键,传来的竟然是老板的声音……一番寒暄之后(半夜跑到阳台接电话是挺寒的):

老板:我司在为C电视台实施Isilon,被一个读性能的问题卡了好几天。希望能派一位网络方面的专家,尽快飞到北京,你……

阿满:我们team有那么多CCIE,能不能派他们去?我老婆正在生病,明天还约好了搬家公司。

老板:#¥%*@$^&……你不用担心,我可以安排几个人帮你搬家。

阿满:(赶在老板安排人帮我照顾老婆之前)好吧,我赶紧准备一下。

回到房间,才想起以前完全没接触过Isilon。Google了一下,才知道是EMC收购的NAS产品,性能卓越,怎么现场工程师们会被卡了好几天?看看表,已经夜里2点了,还是先睡吧。

5点起床,司机已经等在楼下了。飞驰到了办公室,现场工程师上传的网络包也已经准备完毕。粗略一看,有很多包发生了重传 (Retransmission),而且有大量乱序(Out-Of-Order)。我的第一反应就是,乱序导致了重传,从而影响了性能。由于时间有限,我随机挑了几个重传的包检查一下,发现重传的方向都是从Isilon到Windows,这倒是符合读慢写快的症状。下图是Wireshark的分析结果。

NAS性能调优实例:Isilon重传解决经历

乱序的网络包为什么会导致重传呢?下面简单介绍一下:

在正常情况下,接收方收到包的Seq号总是顺序的,比如在每个包长度为1460的情况下,Seq号可能是这样的:0,1460,2920,4380…… (每个相差1460)。接收方知道下一个包的号码应该是什么,比如4380之后应该是4380+1460=5840。如果收到的不是5840,接收方就知道包序乱了,它会回复一个包给发送方,说“我要的是5840(即Ack 5840)”。如果接下来收到的还不是5480,那接收方每收到一个包,就会发一次“我要的是5840”给发送方,直到收到5840为止(如下图所示)。

NAS性能调优实例:Isilon重传解决经历

对于发送方来说,持续收到“我要的是5840”不但意味着5840可能跑到其它包后面了,还可能意味着5840已经丢失。RFC里这样定义: 如果发送方收到三次以上的“我要的是X”,即可认为包X丢失,立即启动快速重传。上图演示了这个过程。快速重传不但重新传输了(可能)丢失的包,还会减小 TCP发送窗口,对性能的影响仅次于超时重传。分析到这里,我仿佛看到一丝曙光。

乱序一般是由发送方或者网络设备导致的。由于手头只有在Windows客户机抓的包,所以我无法进一步确认。便匆匆赶去机场,飞往北京了。在飞机上拟了一个计划:

1. Isilon和其它服务器一样,估计有类似Large Segment Offload的机制,也许关闭后能减少乱序。

2. 把Isilon和Windows客户端连到同一台空闲的Switch,尽量排除网络设备导致的乱序。

3. 在Isilon上再抓个网络包确认。

到了北京,已经是晚上了。和几位来自香港,美国,北京等地的现场工程师在全聚德边吃边聊。原来他们已经做过很多方面的尝试,包括我计划中的第二点, 但客户要求的80MB/s的读性能一直无法达到。客户端也换过几台,结果都差不多。目前看起来网络设备和客户端都没有问题,难道根本原因出在Isilon 上了?这和我早上在网络包里看到的现象倒是吻合的。也许明天把Isilon的网络参数调一下,问题就解决了。到这个时候,我还是挺乐观的。

第二天一早,便赶到了C电视台的新大楼,比约定时间还早了2小时。更悲催的是比客户早了3小时……第一次到现场,才体会到现场工程师的苦。搭个测试 环境也花了好长时间,等到真正可以测试,已经是下午了。令人兴奋的是,Isilon上果然有Large Segment Offload的设置,我满怀希望的关闭了这个功能。现场工程师立即启动一个新的读测试……结果令我们大跌眼镜,读性能比之前还差一点,降到了 70MB/s以下。这究竟是怎么回事?还有哪些设置可能会导致乱序?LACP昨天被现场工程师关掉,没什么好查的。我一下子不知道如何是好了。对着等我下 一步建议的几位同事,不知道该说些什么。现场工程师习惯性的抓了一个包,叫我过去看。这一看更是一身冷汗,果然没有乱序的包了。我之前的猜测没有错,乱序 是由Large Segment Offload导致的。但为什么消除了乱序之后性能没有得到改善呢?再看重传率,还是一样高。难道我从一开始就走错胡同,重传根本就不是乱序导致的?我不 得不一个人坐到角落里,再次打开昨天早上研究过的网络包。一个一个的查看乱序的包,果然看到了一些很有趣的现象。如下图所示,虽然乱序的比例很大,但是每 个乱序都是相邻两个包的颠倒,这样接收方永远不会发出三个以上的“我要的是X”,也不会触发快速重传。

NAS性能调优实例:Isilon重传解决经历

再逐个分析重传的网络包,现象就更加有趣了。如下图所示,接收方明明收到了Seq 20440(Frame No. 3),但它发送了4个“Ack 20440”给发送方,触发了发送方的快速重传机制。这说明接收方的TCP层在收到20440之前,已经收到了 21900,23360,24820,26280。这个结果表明,客户端在把包从网络层交给TCP层的时候,自己把包打乱了。为什么我们知道客户端只是打乱20440,而不是丢弃呢?在发送方重传的Seq 20440(Frame No. 14)到达接收方之前,接收方又发送了“Ack 28900”,这表明接收方的TCP层收到了28900之前的所有包,包括20440。从以上分析可以得出,重传的根本原因发生在操作系统或者网卡驱动,和Switch或者Isilon完全没有关系。

NAS性能调优实例:Isilon重传解决经历

这结果是何等出人意料,以至于我自己都难以接受。不但颠覆了我前一天早上的分析结果,而且无法说服同事和客户:我们已经测试了7台客户端,结果都是 一样的,难道7台同时出问题了?这概率低得难以置信。接下来的就是一场辩论,C电视台派出了一位网络专家,企图说服我客户端没有问题。我无法解释为什么会 碰到如此低概率的事情,他也无法反驳我在网络包中看到的问题。一直拉锯到夜里12点,客户才答应第二天提供另外7台客户端供我们测试,但是有一个要求,必 须给提供他们一个官方的分析报告,证明的确是客户端导致的问题。

和客户吃完晚饭,已经凌晨1点。JW万豪非常贴心,准备好了巧克力,掀好被子,拆好拖鞋。可惜我没有机会享受,等写完报告,已经到了凌晨3点半。没 睡多久,morning call就来了……再次感叹现场工程师真辛苦。这天我是真的信心满满的到C电视台的,因为大多数重传的包都被我逐一研究过。现场工程师手脚麻利,很快就测 出结果,在7台同时读写的情况下,每台都到100MB/s以上,大大超过了客户的期望值,甚至达到客户机单网卡的理论极限了。在场的现场工程师们异常兴 奋,给测试结果拍照,截屏,甚至拍了一段视频。他们被这个项目压抑太久了,需要好好庆祝。

而我也背起笔记本,挥手向这栋造型诡异的建筑,向这个诡异的问题告别。匆匆赶往首都机场,家里还有生病的老婆,断奶的孩子,还要没搬完的家……

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