Linux系统中tcp-segmentation-offload（TSO）的工作机制是怎样的？

TCP分段卸载（tcp-segmentation-offload，简称TSO）是网卡硬件卸载特性的一种，核心作用是把原本需要内核TCP协议栈完成的数据包分段工作转移到网卡硬件执行，从而降低CPU负载、提升大流量场景下的网络吞吐量。

核心工作逻辑（解决路由前无法判断网卡支持性的问题） #

• 应用层提交TCP发送数据时，内核协议栈不会提前做分段，而是先构造最大可达64KB甚至更大的socket buffer（简称skb），远大于常规1500字节的MTU值，此时只会给skb打上SKB_GSO_TCPV4/SKB_GSO_TCPV6的通用分段卸载（GSO）标记，不会直接调用硬件TSO能力。
• 路由判决完成、确定最终出站的网络接口后，内核才会检查该网卡的TSO支持位：
  • 若网卡已开启TSO支持，内核直接将带GSO标记的超大skb传递给网卡驱动，由硬件自动完成分段、每段TCP校验和计算、IP头+TCP头封装，最终将符合MTU的标准帧发送到链路
  • 若网卡不支持TSO，内核会在软件层执行GSO分段，把超大skb拆成符合MTU的小包后再传给网卡发送
• 这种先打GSO标记、路由后再判断是否启用硬件TSO的设计，正好解决了路由判决前无法感知网卡TSO能力的问题。

TSO的性能收益 #

• 大幅降低内核CPU占用：原本需要CPU处理数十次小包的头封装、校验和计算，现在仅需要处理1次超大包，剩余计算全部由网卡硬件完成
• 提升PCIe总线传输效率：减少了内核和网卡之间的小包交互次数，总线带宽利用率更高
• 10G及以上速率的网卡，开启TSO通常能带来20%以上的吞吐量提升

常用操作命令 #

查看网卡TSO开启状态：

ethtool -k <网卡名> | grep tcp-segmentation-offload

手动开启网卡TSO：

ethtool -K <网卡名> tso on

手动关闭网卡TSO：

ethtool -K <网卡名> tso off

注意事项 #

• TSO仅对TCP出站流量生效，入站方向对应的同类特性是LRO（大接收卸载）
• 虚拟化场景下，需要宿主机物理网卡和虚拟机虚拟网卡同时开启TSO，才能真正生效
• 部分老旧网卡的驱动存在TSO兼容性问题，开启后可能出现丢包、校验错误等异常，遇到此类问题可临时关闭TSO排查

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mr Pang