Cisco VPP：Bihash简介

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注意：本文使用的代码是2018.05.07提交的master分支上的code，其具体commitID是c22fcba177bad2c755fdb6d4d52f2a799eceaf34。

Bihash简介

Bihash（Bounded-index extensible hash），个人认为其特点可大致概括如下：

1、bihash支持8/16/24/40/48等类型，减少对于_mm_crc32_u32/16等的使用，提高效率的同时，避免引入GCC的bug；
2、bihash使用64bit Hash值，最多可以支持双层hash查找，第一层bucket查找，第二层page查找（后面具体分析其hash结构）；
3、bucket大小和page大小均为2的指数倍，因此hash查找时，仅需要位与操作即可；
4、采用working_copy，bucket操作区变换前后添加内存屏障，实现线程安全，使得bihash的查找无锁，修改时仍可进行查找；
5、采用freelists减少heap的碎片化，同时提高分配效率；
6、采用cache_lru的方式，提高查找效率。

Bihash的hash值计算

Bihash计算hash值时，对key进行hash。采用clib_crc32c或者clib_xxhash算法进行计算，x86中默认为clib_crc32c。key长度为8的倍数，即为了尽量使用_mm_crc32_u64函数，避免进一步使用_mm_crc32_u32等，出现GCC bug，同时加快了计算效率。得到的hash值为64bit，其结构如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CZNqgb5s-1621438141985)(https://raw.githubusercontent.com/xftony/xftony.github.io/master/_images/2018-05-30-bihash-hash结构.jpg)]
后log2_nbuckets位用于表示所落buckets的index，中间log2_pages表示具体page的index，即bucket、page的双层hash。注意，当page级出现hash冲突的时候，该层可能被拉成线形。

Bihash数据结构简介

这里主要介绍三个数据结构，BVT (clib_bihash_value)， BVT (clib_bihash_bucket)，以及BVT (clib_bihash)。其中BVT是个宏，用于将其转换为对应的bihash类型，如_8_8，_16_8，其中第一个数字表示key的长度，第二个数字表示value的长度，单位字节，所以BVT (clib_bihash_value)阅读时可直接将其当作clib_bihash_value_8_8。

BVT (clib_bihash_value) 为存放若干kvp的数据结构，vpp中将其记作page，默认情况每个page中存放BIHASH_KVP_PER_PAGE（默认为4）个kvp。具体数据结构如下：

typedef struct BV (clib_bihash_value)
{ // bucket位置决定是kvp（*buckets）或者next_free（**free_list）
  union
  {
    // 真正存放的kvp
    BVT (clib_bihash_kv) kvp[BIHASH_KVP_PER_PAGE];
    // 当该bucket被free后，通过next_free将释放的内存空间串联起来
    struct BV (clib_bihash_value) * next_free;
  };
} BVT (clib_bihash_value);

//kvp的结构体
typedef struct
{
  u64 key;			/**< the key */
  u64 value;		/**< the value */
} clib_bihash_kv_8_8_t;

BVT (clib_bihash_bucket)为bucket的数据结构，记录该bucket的详细信息。具体数据结构如下：

typedef struct
{
  union
  {
    struct
    { // 距离整个bihash内存头部的偏移值
      u32 offset;
      // bihash内是否是page是否是hash的
      u8 linear_search;
      // 该bucket中page数目（log2后的）
      u8 log2_pages;
      // bucket内kvp的数目，当为0是进行free
      i16 refcnt;
    };
    u64 as_u64;
  };
 // bucket的cache，用于提高查找效率，仅对频繁查找相同内容的才有较好效果==
#if BIHASH_KVP_CACHE_SIZE > 0
  u16 cache_lru;
    BVT (clib_bihash_kv) cache[BIHASH_KVP_CACHE_SIZE];
#endif
} BVT (clib_bihash_bucket);

BVT (clib_bihash)是bihash的数据结构，记录整个bihash表的全部信息，其具体数据结构如下：

typedef struct
{ // 这个目测是没有用到==， 如错，请指正^^
  BVT (clib_bihash_value) * values;
  // buckets指针
  BVT (c