고성능 서버 환경에서 IRQ Affinity·RSS·RPS가 네트워크 처리량에 미치는 영향

고성능 서버 네트워크 성능 극대화 IRQ Affinity, RSS, RPS 완벽 가이드

고성능 서버 환경에서 네트워크 처리량은 서비스의 핵심 경쟁력과 직결됩니다. 단순히 하드웨어 성능이 좋다고 해서 네트워크 성능이 자동으로 향상되는 것은 아닙니다. IRQ Affinity, RSS (Receive Side Scaling), RPS (Receive Packet Steering)와 같은 기술들을 적절히 활용해야 서버의 잠재력을 최대한 끌어낼 수 있습니다. 이 글에서는 이러한 기술들이 네트워크 성능에 미치는 영향과 실제 적용 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

네트워크 성능 최적화, 왜 중요할까요?

웹 서버, 데이터베이스 서버, 게임 서버 등 다양한 서버 환경에서 네트워크는 데이터의 흐름을 책임지는 핵심 요소입니다. 네트워크 병목 현상은 응답 시간 지연, 서비스 장애, 사용자 경험 저하 등 심각한 문제로 이어질 수 있습니다. 따라서 서버 관리자는 네트워크 성능을 지속적으로 모니터링하고 최적화하여 안정적인 서비스 운영을 보장해야 합니다.

IRQ Affinity란 무엇일까요?

IRQ (Interrupt Request)는 하드웨어가 CPU에게 특정 이벤트 발생을 알리는 신호입니다. 네트워크 인터페이스 카드는 패킷 수신과 같은 이벤트를 CPU에게 알리기 위해 IRQ를 사용합니다. IRQ Affinity는 특정 IRQ를 특정 CPU 코어에 할당하는 기술입니다. 이를 통해 특정 코어에 인터럽트 처리를 집중시켜 인터럽트 처리 오버헤드를 줄이고 성능을 향상시킬 수 있습니다.

IRQ Affinity 설정 방법

IRQ Affinity는 `/proc/irq//smp_affinity` 파일을 통해 설정할 수 있습니다. ``는 IRQ 번호를 나타내며, `smp_affinity`는 해당 IRQ를 처리할 CPU 코어의 비트마스크를 나타냅니다. 예를 들어, IRQ 123을 CPU 코어 0과 1에 할당하려면 다음과 같이 설정할 수 있습니다.

echo 03 > /proc/irq/123/smp_affinity

여기서 `03`은 16진수 값으로, 이진수로 `00000011`을 나타냅니다. 이는 CPU 코어 0과 1을 활성화한다는 의미입니다.

IRQ Affinity 설정 시 주의사항

• 네트워크 인터페이스 카드에 할당된 IRQ 번호를 확인해야 합니다. `cat /proc/interrupts` 명령어를 통해 확인할 수 있습니다.

• 특정 코어에 너무 많은 IRQ를 할당하면 해당 코어에 과부하가 걸릴 수 있습니다.
• 전체 시스템 성능을 고려하여 적절한 코어에 IRQ를 분산해야 합니다.

RSS (Receive Side Scaling)란 무엇일까요?

RSS는 네트워크 인터페이스 카드가 수신된 패킷을 여러 CPU 코어에 분산 처리하는 기술입니다. 단일 코어에서 모든 패킷을 처리하는 대신 여러 코어를 활용하여 병렬 처리함으로써 네트워크 처리량을 향상시킬 수 있습니다. RSS는 네트워크 인터페이스 카드 자체에서 지원해야 하며, 운영체제 레벨에서 설정을 통해 활성화할 수 있습니다.

RSS 활성화 및 설정 방법

RSS 활성화 여부는 `ethtool -i ` 명령어를 통해 확인할 수 있습니다. `supports-rx-flow-hash-hashing` 항목이 `yes`로 표시되어야 RSS를 지원하는 인터페이스입니다. RSS 큐의 개수는 `ethtool -l ` 명령어로 확인할 수 있으며, `Combined` 항목이 RSS 큐의 개수를 나타냅니다. RSS 큐의 개수는 CPU 코어의 개수와 일치시키는 것이 일반적입니다.

RSS 큐의 개수를 변경하려면 `ethtool -L combined ` 명령어를 사용합니다. 예를 들어, `eth0` 인터페이스의 RSS 큐 개수를 8개로 설정하려면 다음과 같이 실행합니다.

ethtool -L eth0 combined 8

RSS 설정 시 고려사항

• 네트워크 인터페이스 카드가 RSS를 지원해야 합니다.

• CPU 코어의 개수에 맞춰 RSS 큐의 개수를 설정하는 것이 좋습니다.
• RSS 큐의 개수를 너무 많이 설정하면 오히려 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

RPS (Receive Packet Steering)란 무엇일까요?

RPS는 RSS와 유사하게 수신된 패킷을 여러 CPU 코어에 분산 처리하는 기술이지만, 네트워크 인터페이스 카드 하드웨어의 지원 없이 소프트웨어적으로 구현됩니다. RPS는 네트워크 인터페이스 카드에서 패킷을 수신한 후, 운영체제 커널에서 패킷을 처리할 CPU 코어를 결정합니다. RSS를 지원하지 않는 네트워크 인터페이스 카드에서도 RPS를 통해 성능 향상을 기대할 수 있습니다.

RPS 활성화 및 설정 방법

RPS는 `/proc/sys/net/core/rps_sock_flow_entries`와 `/proc/sys/devices/pci0000:00/0000:00:03.0/net//rps_cpus` 파일을 통해 설정할 수 있습니다. `rps_sock_flow_entries`는 RPS 해시 테이블의 크기를 결정하며, `rps_cpus`는 해당 네트워크 인터페이스 카드에서 패킷을 처리할 CPU 코어의 비트마스크를 나타냅니다.

예를 들어, `eth0` 인터페이스에서 CPU 코어 0과 1을 사용하여 RPS를 처리하려면 다음과 같이 설정할 수 있습니다.

echo 4096 > /proc/sys/net/core/rps_sock_flow_entries

echo 03 > /proc/sys/devices/pci0000:00/0000:00:03.0/net/eth0/rps_cpus

여기서 `4096`은 RPS 해시 테이블의 크기를 나타내며, `03`은 CPU 코어 0과 1을 활성화한다는 의미입니다. `pci0000:00/0000:00:03.0` 부분은 네트워크 인터페이스 카드의 PCI 주소를 나타내며, 실제 환경에 맞게 변경해야 합니다.

RPS 설정 시 주의사항

• RPS는 소프트웨어적으로 구현되기 때문에 CPU 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

• CPU 코어의 개수에 맞춰 RPS를 설정하는 것이 좋습니다.
• RPS 해시 테이블의 크기를 너무 작게 설정하면 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

IRQ Affinity, RSS, RPS, 어떤 것을 선택해야 할까요?

각 기술은 장단점을 가지고 있으며, 서버 환경과 네트워크 인터페이스 카드 지원 여부에 따라 적절한 기술을 선택해야 합니다.

• IRQ Affinity: 특정 IRQ를 특정 코어에 할당하여 인터럽트 처리 오버헤드를 줄이는 데 효과적입니다. 하지만 수동으로 설정해야 하며, 코어 간의 부하 불균형을 초래할 수 있습니다.

• RSS: 네트워크 인터페이스 카드 하드웨어에서 패킷을 분산 처리하므로 CPU 오버헤드가 적습니다. 하지만 네트워크 인터페이스 카드가 RSS를 지원해야 합니다.
• RPS: 소프트웨어적으로 패킷을 분산 처리하므로 RSS를 지원하지 않는 네트워크 인터페이스 카드에서도 사용할 수 있습니다. 하지만 CPU 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

일반적으로 RSS를 지원하는 네트워크 인터페이스 카드에서는 RSS를 사용하는 것이 가장 효율적입니다. RSS를 지원하지 않는 경우에는 RPS를 사용하여 성능 향상을 기대할 수 있습니다. IRQ Affinity는 RSS 또는 RPS와 함께 사용하여 더욱 세밀한 성능 최적화를 수행할 수 있습니다.

실제 활용 사례 및 팁

• 웹 서버: 웹 서버는 많은 클라이언트 요청을 처리해야 하므로 네트워크 처리량이 매우 중요합니다. RSS 또는 RPS를 사용하여 네트워크 처리량을 향상시키고 응답 시간을 단축할 수 있습니다.

• 데이터베이스 서버: 데이터베이스 서버는 대량의 데이터를 네트워크를 통해 주고받으므로 네트워크 병목 현상이 발생하기 쉽습니다. IRQ Affinity, RSS, RPS를 함께 사용하여 네트워크 성능을 최적화할 수 있습니다.
• 게임 서버: 게임 서버는 실시간으로 많은 플레이어의 데이터를 처리해야 하므로 낮은 지연 시간과 높은 처리량이 필수적입니다. RSS 또는 RPS를 사용하여 네트워크 지연 시간을 최소화하고 처리량을 극대화할 수 있습니다.
• 팁: 네트워크 성능 변화를 측정하기 위해 iperf3와 같은 네트워크 성능 측정 도구를 활용하세요. 설정 변경 후에는 반드시 성능 테스트를 수행하여 개선 효과를 확인해야 합니다.

자주 묻는 질문과 답변

• Q: IRQ Affinity, RSS, RPS를 모두 활성화하면 성능이 더 좋아질까요?

  A: 반드시 그렇지는 않습니다. 각 기술은 장단점을 가지고 있으며, 서버 환경과 네트워크 인터페이스 카드 지원 여부에 따라 적절한 조합을 선택해야 합니다.

• Q: RPS 설정 후 CPU 사용량이 증가했는데, 어떻게 해야 할까요?

  A: RPS는 소프트웨어적으로 패킷을 분산 처리하므로 CPU 오버헤드가 발생할 수 있습니다. CPU 코어의 개수를 늘리거나, RPS 해시 테이블의 크기를 줄여 CPU 사용량을 줄일 수 있습니다.

• Q: 네트워크 인터페이스 카드가 RSS를 지원하는지 어떻게 확인할 수 있나요?

  A: `ethtool -i ` 명령어를 통해 확인할 수 있습니다. `supports-rx-flow-hash-hashing` 항목이 `yes`로 표시되어야 RSS를 지원하는 인터페이스입니다.

비용 효율적인 활용 방법

최신 CPU는 코어 수가 많아 네트워크 처리 능력이 뛰어납니다. 따라서, 서버 구매 시 CPU 코어 수를 충분히 확보하는 것이 중요합니다. 또한, RSS를 지원하는 네트워크 인터페이스 카드를 사용하는 것이 좋습니다. RSS는 CPU 오버헤드를 줄이면서 네트워크 처리량을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 오래된 서버의 경우에는 RPS를 활용하여 성능 향상을 시도해볼 수 있습니다. 클라우드 환경에서는 오토 스케일링 기능을 활용하여 트래픽 변화에 따라 서버 자원을 자동으로 조절하는 것이 비용 효율적인 방법입니다.