Linux系统禁止路由cache

Linux系统禁止路由cache

Linux kernel 3.6正式去除了路由cache，原因正如作者所说，它并不适合作为路由表的一部分存在，它是和流量patterns高度相关的，应该作为一种优化在外部实现，比如基于Asic硬卡的转发表中实现，况且，现有的路由cache在大多数情况下并不会带来显著的性能提升，如果你频繁flush cache后带来了性能下降的话，其中很多因素是flush操作本身以及lookup的read lock造成的。然而如果你使用的是低于3.6版本的内核，你将不得不面对路由cache，既然它给不了你太多的好处，那么如果它反而给你带来了坏处，你对它的态度就不仅仅是诅咒了！

面临的一个路由cache带来的危害

路由cache和基于mark的policy routing之间的不配合造成了产品的一个bug，让我连续几日陷入了烦恼！我们知道，mark目前只能靠Netfilter的钩子来在标记，而PREROUTING处的标记在ROUTING之前，在Linux中，不管是iptables rule还是一条policy routing item，都是配置后立即生效的，两个操作不能合并为一个单独的原子操作，这就造成了问题：
1.现在需要一条rule为packet做mark，一条policy routing item基于该mark做路由，于是就有两条Linux命令；
2.执行上述两条命令前，有感兴趣数据包持续通过BOX，造成了路由cache；
3.先执行了mark rule，此时在policy routing item还未执行时进来一个感兴趣packet匹配到了mark，然而没有匹配到policy routing；
4.如果你的policy routing table配置的是fall though，问题就来了，lookup进入main table，配置到原始的路由，被cache住；
5.如果一直有持续的感兴趣流，那么上述的mark-policy routing将永远不会生效。
可能你会说，将mark rule和policy routing item的设置顺序互换一下即可，然而即使那样，如果你的实现是有状态的，你还要面临另外一个cache，即conntrack cache的问题。可能你还会说，fall though换成default unreachable去掉即可，但是那样就会和实现的语义有很大的差别。因此禁用路由cache势在必行！

如何禁用路由cache

又是一段艰难的旅程！/proc/sys/net/ipv4/route/下面的参数调了个遍也没有成功，route -C -n还是显示出了一大堆恶心的乱七八糟的东西。于是还是google以及看代码，发现了以下的参数：
rt_cache_rebuild_count - INTEGER
The per net-namespace route cache emergency rebuild threshold.
Any net-namespace having its route cache rebuilt due to
a hash bucket chain being too long more than this many times
will have its route caching disabled
作为确认，在route.c中的IP的input/output中，查找cache之前有一个判断：

if (!rt_caching(net))
        goto skip_cache;

这样就跳过了cache查找，而rt_caching的实现超级简单：

static inline bool rt_caching(const struct net *net)
{
    return net->ipv4.current_rt_cache_rebuild_count <=
        net->ipv4.sysctl_rt_cache_rebuild_count;
}

加之sysctl_rt_cache_rebuild_count是int型的，只要保证上述函数永远返回0即可，于是将sysctl_rt_cache_rebuild_count设置为-1，成功禁用了路由cache！ 

总结

不要天真地认为什么cache都会提高效率，在Linux路由cache的例子中，查找路由表是hash/trie查表，查找cache也是一个hash表，另外如果你的路由表只有一条默认路由，cache项的数量要远远大于路由表项的数量，此时cache仅仅就是直接使用了dst_entry，而不用从result里面把路由表项的字段抠出来设置进新申请的dst_entry中，浪费的查表时间得到这个一点收益...其实，只要路由表中有前缀小于32位的路由表项，都有可能出现上述情况，因此在cache查找机制和路由表查找机制没有本质区别的情况下，路由cache并没有达到预期的效果！相反，路由cache应该在PREROUTING的时候做，而不是到ROUTING的时候再做，在PREROUTING中，可以方便地使用Netfilter将cache实现在硬卡中。

在确定行为的情况下，cache会提高效率，在行为模式不固定的情况下，cache的作用就是浪费资源，扰乱视听！老师罚你把“猪血”连续写10遍，此时你就可以连续写10个“猪”，再连续写10个“血”，肯定比连续写10个“猪血”要快一些，然而如果你是一位同声传译员或者一位速记员，你千万别把刚刚听到的记在脑子里...