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。 这里使用的是dpdk-16.07, intell 82599网卡,ixgbe驱动。
DMA环形缓冲区 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。
网卡接收网络包流程 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。
PMD机制 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;
- }
复制代码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。 - 调用ixgbe_rx_scan_hw_ring, 把需要收取的包放在rxq的rx_stage中。
- 如果rxq->rx_tail > rxq_rx_free_trigger,表明收取了数据包,再分配nb_rx个rte_mbuf结构补充进DMA环形缓冲区中。
- 调用ixgbe_rx_fill_from_stage将rxq的rx_stage中保存的收取的包放在rx_pkts中返回。
- 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;
- }
复制代码 这样CPU与网卡分工合作, CPU不断接收数据包然后处理, 网卡不断接收网络包然后复制到内存,构成一个生产者-消费者的模型,共同完成处理任务
|