DPDK初识

最新推荐文章于 2025-02-10 15:52:30 发布

pipi糖

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分类专栏：操作系统

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DPDK（Data Plane Development Kit）是Intel推出的一种技术，旨在提高通用服务器在用户空间的数据包处理效能，避免内核态切换和多次内存拷贝带来的开销。通过用户态驱动和轮询机制，DPDK优化了报文处理流程，包括减少中断上下文切换、内存拷贝，以及利用内存大页和多通道访问提高性能。UIO（User-space I/O）作为DPDK的基石，允许驱动在用户态运行，通过read感知中断和mmap进行网卡通信。

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一、DPDK原理

网络设备（路由器、交换机、媒体网关、SBC、PS网关等）需要在瞬间进行大量的报文收发，因此在传统的网络设备上，往往能够看到专门的NP（Network Process）处理器，有的用FPGA，有的用ASIC。这些专用器件通过内置的硬件电路（或通过编程形成的硬件电路）高效转发报文，只有需要对报文进行深度处理的时候才需要CPU干涉。但在公有云、NFV等应用场景下，基础设施以CPU为运算核心，往往不具备专用的NP处理器，操作系统也以通用Linux为主，网络数据包的收发处理路径如下图所示：
在这里插入图片描述
操作系统的虚拟机环境中处理流程，如下图所示：

由于数据包处理任务存在内核态与用户态的切换，以及多次的内存拷贝，系统消耗变大，以CPU为核心的系统存在很大的处理瓶颈。为了提升在通用服务器（COTS）的数据包处理效能，Intel推出了服务于IA（Intel Architecture）系统的DPDK技术。
DPDK是Data Plane Development Kit的缩写。简单说，DPDK应用程序运行在操作系统的User Space，利用自身提供的数据面库进行收发包处理，绕过了Linux内核态协议栈，以提升报文处理效率。与传统的数据包处理相比，DPDK具有以下特点：

轮询：在包处理时避免中断上下文切换的开销;
用户态驱动：规避不必要的内存拷贝和系统调用，便于快速迭代优化;
亲和性与独占：特定任务可以被指定只在某个核上工作，避免线程在不同核间频繁切换，保证更多的cache命中;
降低访存开销：利用内存大页HUGEPAGE降低TLB miss，利用内存多通道交错访问提高内存访问有效带宽;
软件调优：cache行对齐，预取数据，多元数据批量操作;

二、DPDK的基石UIO

为了让驱动运行在用户态，Linux提供UIO机制。使用UIO可以通过read感知中断，通过mmap实现和网卡的通讯。
在这里插入图片描述
上述资源均来自：
[1] https://blog.youkuaiyun.com/zhaoxinfan/article/details/78408945
[2] DPDK的基本原理、学习路线总结 https://zhuanlan.zhihu.com/p/347693559
[3] https://cloud.tencent.com/developer/article/1198333