【网络】Linux 内核优化实战 - net.core.default_qdisc

net.core.default_qdisc 是 Linux 内核中的一个关键参数，用于设置系统默认的网络数据包队列规则（Queueing Discipline，简称 qdisc）。这个参数直接影响网络接口如何处理流量排队和调度，对网络性能、延迟和公平性起着至关重要的作用。

一、核心概念

当网络接口的发送速率低于数据包到达速率时，数据包会在队列中等待发送。qdisc 决定了这些数据包的排队方式：

• 如何排序：按优先级？按连接？
• 如何处理拥塞：丢弃哪些包？标记哪些包？
• 如何分配带宽：公平分配？优先保障关键流量？

二、常见 qdisc 类型及适用场景

1. fq_codel（推荐默认值）

• 原理：结合公平队列（Fair Queueing）和控制延迟（Controlled Delay）机制。
  • FQ：为每个流（通常按 IP+端口区分）创建独立队列，公平分配带宽。
  • CoDel：主动检测并丢弃可能导致高延迟的数据包，避免队列膨胀。
• 优势：
  • 低延迟：避免 Bufferbloat（缓冲区膨胀）问题，适合实时应用（视频会议、游戏）。
  • 公平性：防止大流量连接垄断带宽，保障小流量连接的响应速度。
  • 自适应性：无需手动调优，自动适应网络变化。
• 适用场景：所有现代网络环境（家庭、企业、移动设备）。

2. pfifo_fast（传统默认值）

• 原理：基于优先级的先进先出队列，分为 3 个优先级（0 最高，2 最低）。
• 劣势：
  • 高延迟：高负载下队列会膨胀，导致延迟显著增加。
  • 不公平：大流量连接可能长时间占用队列，饿死小流量。
• 适用场景：简单网络，流量少且无特殊优先级需求。

3. htb（Hierarchical Token Bucket）

• 原理：树形结构，支持多级带宽分配和优先级控制。
• 优势：
  • 精确限速：为不同类别的流量设置硬上限（例：保证语音流量 200Mbps，限制下载流量 50Mbps）。
  • 优先级保障：通过树形结构实现流量分级。
• 劣势：配置复杂，需了解网络流量模型。
• 适用场景：企业网络、多租户环境，需严格带宽控制。

4. tbf（Token Bucket Filter）

• 原理：基于令牌桶算法，限制流量平均速率和突发大小。
• 优势：简单有效的限速工具。
• 适用场景：上行带宽限速（例：限制服务器对外流量为 1Mbps）。

5. fq（Fair Queueing）

• 原理：公平队列，但不包含 CoDel 延迟控制。
• 适用场景：与其他 qdisc 组合使用（如 fq + codel）。

三、如何配置

1. 查看当前值

sysctl net.core.default_qdisc

输出示例：

net.core.default_qdisc = fq_codel

2. 临时修改（重启后失效）

# 设置为 fq_codel
sudo sysctl -w net.core.default_qdisc=fq_codel

# 设置为 pfifo_fast
sudo sysctl -w net.core.default_qdisc=pfifo_fast

3. 永久修改

编辑 /etc/sysctl.conf 或 /etc/sysctl.d/99-sysctl.conf，添加：

net.core.default_qdisc = fq_codel

保存后执行：

sudo sysctl -p

四、为什么推荐 fq_codel？

在现代网络中，fq_codel 相比 pfifo_fast 有显著优势：

1. 解决 Bufferbloat 问题：当网络拥塞时，传统队列会积累大量数据包（缓冲区膨胀），导致延迟飙升（甚至可达数秒）。CoDel 通过主动丢弃数据包来控制队列长度，保持低延迟（通常<50ms）。
2. 公平性保障：FQ 机制确保每个连接（如视频、游戏、下载）获得公平的带宽份额，避免某个连接独占带宽导致其他连接卡顿。
3. 自动优化：无需手动调整参数，适合普通用户和复杂网络环境。

五、特殊场景调整

场景	推荐 qdisc	额外配置建议
默认配置	fq_codel	无需额外配置
企业网络带宽控制	htb + fq_codel	为关键业务流量创建高优先级队列
家庭网络（多设备）	fq_codel	启用 net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr 提升整体性能
低内核版本（❤️.12）	pfifo_fast	升级内核或使用 sfq 替代
多队列网卡	mq + fq_codel	利用多队列并行处理

六、验证配置效果

1. 使用 ss 查看队列状态

ss -it | grep -A5 <目标IP>

关注 rto（重传超时）和 inflight（飞行中的数据包）：

• 理想状态下，rto 应保持稳定（如 200ms 左右）。
• inflight 不应持续增长，避免队列积压。

2. 使用 tc 查看队列长度

tc -s qdisc show dev eth0

对于 fq_codel，队列长度应接近 0（CoDel 会主动控制队列）。

七、注意事项

1. 内核支持：fq_codel 需要 Linux 3.12+ 内核，较旧系统可能不支持。
2. 接口级覆盖：若某个网络接口通过 tc 命令单独配置了 qdisc（例：tc qdisc add dev eth0 root fq_codel），则该接口会使用单独配置的 qdisc，忽略 default_qdisc。
3. 与 TCP 拥塞控制配合：fq_codel 通常与 BBR 拥塞控制算法配合使用，进一步优化性能：

   sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr
   

总结

• 默认选择：推荐使用 fq_codel，它能自动优化大多数网络场景的延迟和公平性。
• 特殊需求：根据具体网络环境（如企业限速、多队列网卡）选择其他 qdisc。
• 监控优化：定期检查网络性能，必要时调整配置。