7. NAPI budget, NET_RX_SOFTIRQ와 GRO를 실행 context별로 읽는다

CHAPTER 07

7. NAPI budget, NET_RX_SOFTIRQ와 GRO를 실행 context별로 읽는다

hard IRQ는 NAPI를 schedule하고 빠져나오며 실제 RX 처리는 softirq 또는 threaded NAPI context에서 budget 단위로 일어납니다. `work_done < budget`과 `napi_complete_done()`의 조건을 ring pending과 함께 봅니다.

budget

poll은 최대 budget packet만 처리합니다. budget을 모두 썼으면 보통 scheduled 상태를 유지해 다음 softirq round에서 계속합니다.

complete

work가 budget보다 적고 더 처리할 것이 없을 때만 complete하고 IRQ를 다시 켭니다. device-specific race check가 필요합니다.

context

hard IRQ, NET_RX_SOFTIRQ, ksoftirqd, threaded NAPI는 preemption과 latency 성격이 다릅니다.

GRO

같은 flow의 packet을 묶어 protocol 처리 비용을 줄입니다. wire packet 수와 상위 stack skb 수가 같지 않을 수 있습니다.

레지스터와 관측값을 함께 읽는 표

항목	소유 블록	설정 또는 의미	정상 증거	실패 해석
napi state bits	net core	SCHED, DISABLE, THREADED	IRQ/poll lifecycle와 일치	double schedule 또는 disable race
poll work_done	driver	이번 round packet 수	0..budget 범위	descriptor와 packet 단위 혼동
ring pending	DMA/driver	CPU 소유 RX entry	complete 시 0 또는 race 재검사	work 남았는데 IRQ unmask
softnet_data poll_list	net core	CPU별 scheduled NAPI	affinity와 처리 CPU 일치	RPS/threaded 이동
softirq counters	CPU	NET_RX 실행과 backlog	traffic 증가와 대응	ksoftirqd starvation
GRO stats/trace	net core	merge/flush와 flow	상위 packet 수 차이를 설명	오프로드를 drop으로 오인

증상에서 첫 실패 경계를 찾는 표

관측 증상	직전 통과 증거	우선 확인	반증 시험	판정
IRQ 증가, poll 없음	hard IRQ handler 실행	napi_schedule_prep과 state	napi state/disable trace	schedule 경계
poll은 돌고 ring 누적	NAPI 실행	budget/CPU 시간/descriptor 처리	budget과 work_done histogram	처리량 부족
complete 후 packet 정지	ring이 잠시 비었음	unmask와 새 completion race	status 재검사/IRQ mask capture	lost wakeup
ksoftirqd CPU 100%	packet 계속 처리	GRO/RPS/coalescing/budget	feature와 affinity를 하나씩 변경	software 처리 병목
wire count와 stack count 불일치	MAC/DMA count 정상	GRO merge와 XDP/drop	GRO off 및 drop reason 비교	의도적 aggregate인지 판정
latency tail만 큼	평균 throughput 정상	softirq defer와 CPU contention	irq/softirq scheduling trace	context scheduling 경계

그림 1. 7. NAPI budget, NET_RX_SOFTIRQ와 GRO를 실행 context별로 읽는다의 실행 순서왼쪽에서 오른쪽으로 실제 소유권과 관찰 지점이 이동합니다.

01 hard IRQ

02 napi_schedule

03 NET_RX_SOFTIRQ

04 poll(budget)

05 descriptor→skb

06 GRO

07 work_done 판정

08 complete+IRQ unmask

실제 검증 절차

순서	실행	남길 증거	판정 목적
1	IRQ, poll enter/exit, budget/work_done, complete를 trace합니다.	round별 event	NAPI 계약 확인
2	각 poll 종료 시 ring pending과 IRQ mask를 기록합니다.	complete 경계 snapshot	lost wakeup 검증
3	softirq와 ksoftirqd 실행 시간을 CPU별로 측정합니다.	context/affinity 분포	latency 원인 분리
4	GRO on/off에서 wire, DMA, stack, socket count를 비교합니다.	계층별 packet 수	aggregate 효과 설명

주의NAPI의 budget은 descriptor byte 수가 아니라 보통 처리한 packet 수 계약입니다. multi-buffer frame에서 descriptor 수를 그대로 반환하지 않습니다.

공개적으로 다시 확인할 수 있는 자료

공개되지 않은 vendor register나 integration별 offset을 추측해서 채우지 않았습니다. 아래 제조사 자료, architecture 문서와 Linux v6.18.37 원본에서 다시 확인할 수 있는 범위만 사용했습니다.

7. NAPI budget, NET_RX_SOFTIRQ와 GRO를 실행 context별로 읽는다