DPDK virtio-user

virtio-user 是 DPDK 针对特定场景提出的一种解决方案,它主要有两种场景的用途,一种是用于 DPDK 应用容器对 virtio 的支持,这是 DPDK v16.07 开始支持的;另一种是用于和内核通信,这是 DPDK v17.02 推出的。

virtio_user 用于容器网络

我们知道,对于虚拟机,有 virtio 这套半虚拟化的标准协议来指导虚拟机和宿主机之间的通信,但对于容器的环境,直接沿用 virtio 是不行的,原因是虚拟机是通过 Qemu 来模拟的,Qemu 会将它虚拟出的整个 KVM 虚拟机的信息共享给宿主机,但对于 DPDK 加速的容器化环境来说显然是不合理的。因为 DPDK 容器与宿主机的通信只用得到虚拟内存中的大页内存部分,其他都是用不到的,全部共享也没有任何意义,DPDK 主要基于大页内存来收发数据包的。

所以,virtio_user 其实就是在 virtio PMD 的基础上进行了少量修改形成的,简单来说,就是添加大页共享的部分逻辑,并精简了整块共享内存部分的逻辑。

有兴趣可以对照 /driver/net/virtio 中的代码和 DPDK virtio_user 代码,其实大部分是相同的。

从 DPDK 的角度看,virtio_user 是作为一个虚拟设备(vdev)来加载的,它充当的是一个 virtio 前端驱动,与之对应的后端通信驱动,是用户态的 vhost_user,在使用的时候,我们只需要定义好相应的适配接口即可,如下:

vhost 和 vhost_user 本质上是采用共享内存的 IPC 方式,通过在 host 端创建 vhost_user 共享内存文件,然后 virtio_user 启动的时候指定该文件即可,如:

1)首先创建 vhost_user 共享内存文件
--vdev 'eth_vhost_user0,iface=/tmp/vhost_user0'
2)启动 virtio_user 指定文件路径
--vdev=virtio_user0,path=/tmp/vhost_user0

virtio_user 作为 exception path 用于与内核通信

virtio_user 的一个用途就是作为 exception path 用于与内核通信。我们知道,DPDK 是旁路内核的转包方案,这也是它高性能的原因,但有些时候从 DPDK 收到的包(如控制报文)需要丢到内核网络协议栈去做进一步的处理,这个路径在 DPDK 中就被称为 exception path。

在这之前,已经存在几种 exception path 的方案,如传统的 Tun/Tap,KNI(Kernel NIC Interface),AF_Packet 以及基于 SR-IOV 的 Flow Bifurcation。这些方案就不做过多介绍了,感兴趣的可看 DPDK 官网,上面都有介绍。

和容器网络的方案使用 vhost_user 作为后端驱动一样,要使得 virtio_user 和内核通信,只需加载内核模块 vhost.ko,让它充当的是 virtio_user 的后端通信驱动即可。

所以,我们可以看到,其实这两种方案本质上是一样,只是换了个后端驱动而已,这也是 virtio 的优势所在,定义一套通用的接口标准,需要什么类型的通信方式只需加载相应驱动即可,改动非常少,扩展性非常高。

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