intel dpdk的Poll Model Driver机制简介 - 51Testing软件测试论坛

最近基于intell的dpdk框架开发高性能的Dns服务器，才开始接触dpdk。

Linux内核的网络协议栈是基于中断的，网卡收到数据包后发出中断信号，CPU停止当前的处理工作，进入中断环境，执行相应网卡驱动的中断处理程序。这种处理方式适合通用的处理平台，使CPU可以执行多样化的任务。而对于一些专门处理网络事务的设备，很多都配有1G, 10G, 甚至40G网卡，高负载时，网卡中断非常频繁，每次处理网卡中断都要涉及进程上下文的切换，花费很多额外的时间，这时便有了轮询的处理方法，由CPU主动收包，更适合大流量的处理。

intell 82599网卡最多支持128的Rx队列，设备初始化时可以设置启用的队列数量，对每一个队列都会分配一个DMA缓冲区队列，大小为256。队列的每一个元素是一个结构体，存放一块预分配的内存的地址等信息。

下面是intell 官方文档中关于接收队列的描述。Head指向下一个空闲的元素，Tail指向已使用的元素，Head和Tail之间蓝色区域为空闲的元素。收到一个数据包后Head逆时针移动一格， Head等于Tail时没有空闲的元素。

网口收到数据包 -> 通过设定的规则确定发送到哪个队列 -> 从DMA环形缓冲区寻找空闲的预分配内存--> 通过DMA复制数据包到内存。

如果已经设定好了DMA环形缓冲区，那么从收到网络包到复制到内存，不需要CPU的参与，网卡可以自动完成。数据包复制到内存后便可以被CPU访问，如果采用中断的方式，这时会由设备产生中断信号，CPU执行中断处理程序，进入内核的网络协议栈处理。这里采用PMD轮询，不会产生中断信号。

进程中主动调用rte_eth_rx_burst函数收取数据包，最多收取nb_pkts个包，每个数据包都放在ret_mbuf的结构体中，这时数据包已经在内存中了，这里的收包只是把相应的rte_mbuf的指针放在rx_pkts中，返回收到包的个数。

static inline uint16_t
rte_eth_rx_burst(uint8_t port_id, uint16_t queue_id,
struct rte_mbuf **rx_pkts, const uint16_t nb_pkts)
{
struct rte_eth_dev *dev = &rte_eth_devices[port_id];
/*****此处省略****/
int16_t nb_rx = (*dev->rx_pkt_burst)(dev->data->rx_queues[queue_id],
rx_pkts, nb_pkts);
/*****此处省略****/
return nb_rx;
}

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实际调用的收包函数是dev->rx_pkt_burst，每种网卡都不相同，即使同一种网卡也会因为intell针对CPU的优化而采用不同的处理。这里为了简单以rx_recv_pkts为例。

static inline uint16_t
rx_recv_pkts(void *rx_queue, struct rte_mbuf **rx_pkts,
uint16_t nb_pkts)
{
struct ixgbe_rx_queue *rxq = (struct ixgbe_rx_queue *)rx_queue;
uint16_t nb_rx = 0;
/* Any previously recv'd pkts will be returned from the Rx stage */
if (rxq->rx_nb_avail)
return ixgbe_rx_fill_from_stage(rxq, rx_pkts, nb_pkts);
/* Scan the H/W ring for packets to receive */
nb_rx = (uint16_t)ixgbe_rx_scan_hw_ring(rxq);
/* update internal queue state */
rxq->rx_next_avail = 0;
rxq->rx_nb_avail = nb_rx;
rxq->rx_tail = (uint16_t)(rxq->rx_tail + nb_rx);
/* if required, allocate new buffers to replenish descriptors */
if (rxq->rx_tail > rxq->rx_free_trigger) {
uint16_t cur_free_trigger = rxq->rx_free_trigger;
if (ixgbe_rx_alloc_bufs(rxq, true) != 0) {
int i, j;
PMD_RX_LOG(DEBUG, "RX mbuf alloc failed port_id=%u "
"queue_id=%u", (unsigned) rxq->port_id,
(unsigned) rxq->queue_id);
rte_eth_devices[rxq->port_id].data->rx_mbuf_alloc_failed +=
rxq->rx_free_thresh;
/*
* Need to rewind any previous receives if we cannot
* allocate new buffers to replenish the old ones.
*/
rxq->rx_nb_avail = 0;
rxq->rx_tail = (uint16_t)(rxq->rx_tail - nb_rx);
for (i = 0, j = rxq->rx_tail; i < nb_rx; ++i, ++j)
rxq->sw_ring[j].mbuf = rxq->rx_stage[i];
return 0;
}
/* update tail pointer */
rte_wmb();
IXGBE_PCI_REG_WRITE(rxq->rdt_reg_addr, cur_free_trigger);
}
if (rxq->rx_tail >= rxq->nb_rx_desc)
rxq->rx_tail = 0;
/* received any packets this loop? */
if (rxq->rx_nb_avail)
return ixgbe_rx_fill_from_stage(rxq, rx_pkts, nb_pkts);
return 0;
}

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