DPDK-----内存管理之mempool

最新推荐文章于 2025-07-06 15:09:23 发布

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文章标签：内存管理

原文链接：http://www.cnblogs.com/rex-2018-cloud/p/10039065.html

DPDK-----内存管理之mempool

无论对于DPDK做怎样的增量开发，了解DPDK的内存管理模式有利于在满足自己产品功能同时最大化的提高性能；

一：Mempool的基本单元概念（https://doc.dpdk.org/guides/prog_guide/mempool_lib.html）

Mempool是固定大小的对象分配器。在DPDK中，它由名称唯一标识，并且使用mempool操作来存储空闲对象。Mempool的组织是通过三个部分实现的：

mempool对象节点：mempool的对象挂接在 static struct rte_tailq_elem rte_mempool_tailq 全局队列中，可以通过名字进行唯一标识符；此队列只是mempool的一个对象指示结构，并不是实际的内存区；
mempool实际内存区： struct rte_memzone 是实际分配的连续内存空间，存储所创建的mempool对象；
ring无锁队列：作为一个无锁环形队列 struct rte_ring ，存储着mempool对象的指针，提供了方便存取使用mempool的空间的办法。

二：一般结构

如图所示，mempool的对象通过与ring无锁队列建立关联方便存取；同时，为了减少多核访问造成的冲突，引入了local_cache对象缓冲区。该local_cache非硬件上的cache，而是为了减少多核访问ring造成的临界区访问，

coreX app会优先访问该local_cache上的对象。入队的时候优先入local_cache中，出队的时候优先从local_cache中出队。

三：mempool的创建和使用

先注意一下 rte_mempool_create 的参数中的两个 mp_init 和 obj_init ，前者负责初始化mempool中配置的私有参数，如在数据包中加入的我们自己的私有结构；后者负责初始化每个mempool对象。我们然后按照mempool的3个关键部分展开说明。

（1）mempool头结构的创建

mempool头结构包含3个部分： struct rte_mempool ， struct rte_mempool_cache 和mempool private。创建是在 rte_mempool_create_empty() 中完成的，看这个函数，先进行了对齐的检查

    RTE_BUILD_BUG_ON((sizeof(struct rte_mempool) &
              RTE_CACHE_LINE_MASK) != 0);
    RTE_BUILD_BUG_ON((sizeof(struct rte_mempool_cache) &
              RTE_CACHE_LINE_MASK) != 0);

然后从mempool队列中取出头节点，我们创建的mempool结构填充好，就挂接在这个节点上。接下来做一些检查工作和创建flag的设置。

rte_mempool_calc_obj_size() 计算了每个obj的大小，这个obj又是由三个部分组成的，header_size、elt_size、trailer_size，即头，数据区，尾。在没有开启RTE_LIBRTE_MEMPOOL_DEBUG调试时，没有尾部分；头部分的结构为： struct rte_mempool_objhdr ，

通过这个头部，mempool中的obj都是链接到队列中的，所以，提供了遍历obj的方式（尽管很少这么用）。函数返回最后计算对齐后的obj的大小，为后面分配空间提供依据。

然后分配了一个mempool队列条目，为后面挂接在队列做准备。

    /* try to allocate tailq entry */
    te = rte_zmalloc("MEMPOOL_TAILQ_ENTRY", sizeof(*te), 0);
    if (te == NULL) {
        RTE_LOG(ERR, MEMPOOL, "Cannot allocate tailq entry!\n");
        goto exit_unlock;
    }

接下来，就是计算整个mempool头结构多大。

    mempool_size = MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, cache_size);
    mempool_size += private_data_size;
    mempool_size = RTE_ALIGN_CEIL(mempool_size, RTE_MEMPOOL_ALIGN);

这里指的是计算mempool的头结构的大小。而不是内存池实际的大小。在这里可以清晰的看出这个mempool头结构是由三部分组成的。cache计算的是所有核上的cache之和。

然后，使用 rte_memzone_reserve（）分配这个mempool头结构大小的空间，填充mempool结构体，并把mempool头结构中的cache地址分配给mempool。初始化这部分cache。

最后就是挂接mempool结构。 TAILQ_INSERT_TAIL(mempool_list, te, next); （这里上了锁？）。

（2）mempool实际空间的创建

这部分的创建是在函数 rte_mempool_populate_default(struct rte_mempool *mp) 中完成的。

首先计算为这些元素需要分配多大的空间， rte_mempool_ops_calc_mem_size（）

接着 rte_memzone_reserve_aligned（）分配空间。把元素添加到mempool,实际上就是把申请的空间分给每个元素。

（3）ring的创建

先看到的是这么一段代码：

static int
mempool_ops_alloc_once(struct rte_mempool *mp)
{
    int ret;

    /* create the internal ring if not already done */
    if ((mp->flags & MEMPOOL_F_POOL_CREATED) == 0) {
        ret = rte_mempool_ops_alloc(mp);
        if (ret != 0)
            return ret;
        mp->flags |= MEMPOOL_F_POOL_CREATED;
    }
    return 0;
}

这就是创建ring的过程咯，其中的函数rte_mempool_ops_alloc()就是实现。那么，对应的ops->alloc()在哪注册的呢？

    /*
     * Since we have 4 combinations of the SP/SC/MP/MC examine the flags to
     * set the correct index into the table of ops structs.
     */
    if ((flags & MEMPOOL_F_SP_PUT) && (flags & MEMPOOL_F_SC_GET))
        ret = rte_mempool_set_ops_byname(mp, "ring_sp_sc", NULL);
    else if (flags & MEMPOOL_F_SP_PUT)
        ret = rte_mempool_set_ops_byname(mp, "ring_sp_mc", NULL);
    else if (flags & MEMPOOL_F_SC_GET)
        ret = rte_mempool_set_ops_byname(mp, "ring_mp_sc", NULL);
    else
        ret = rte_mempool_set_ops_byname(mp, "ring_mp_mc", NULL);

就是根据ring的类型，来注册对应的操作函数，如默认的就是ring_mp_mc，多生产者多消费者模型，其操作函数不难找到：

static const struct rte_mempool_ops ops_mp_mc = {
    .name = "ring_mp_mc",
    .alloc = common_ring_alloc,
    .free = common_ring_free,
    .enqueue = common_ring_mp_enqueue,
    .dequeue = common_ring_mc_dequeue,
    .get_count = common_ring_get_count,
};

接下来，又分配了一个 struct rte_mempool_memhdr *memhdr; 结构的变量，就是这个变量管理着mempool的实际内存区，它记录着mempool实际地址区的物理地址，虚拟地址，长度等信息。

再然后，就是把每个元素对应到mempool池中了： mempool_add_elem（）。在其中，把每个元素都挂在了elt_list中，可以遍历每个元素。最后 rte_mempool_ops_enqueue_bulk(struct rte_mempool *mp, void * const *obj_table, ，最终，把元素对应的地址入队，这样，mempool中的每个元素都放入了ring中。

四：mempool的使用及实践

mempool的常见使用是获取元素空间和释放空间。

待补充

部分内容转载自：https://www.cnblogs.com/yhp-smarthome/p/6687175.html