DPDK的基本原理、学习路线总结
◆DPDK是什么
Intel® DPDK全称Intel Data Plane Development Kit，是intel提供的数据平面开发工具集，为Intel architecture（IA）处理器架构下用户空间高效的数据包处理提供库函数和驱动的支持，它不同于Linux系统以通用性设计为目的，而是专注于网络应用中数据包的高性能处理。具体体现在DPDK应用程序是运行在用户空间上利用自身提供的数据平面库来收发数据包，绕过了Linux内核协议栈对数据包处理过程。
◆DPDK技术介绍
一、主要特点 1、UIO（Linux Userspace I/O） 提供应用空间下驱动程序的支持，也就是说网卡驱动是运行在用户空间的，减下了报文在用户空间和应用空间的多次拷贝。如图：DPDK绕过了Linux内核的网络驱动模块，直接从网络硬件到达用户空间，不需要进行频繁的内存拷贝和系统调用。根据官方给出的数据，DPDK裸包反弹每个包需要80个时钟周期，而传统Linux内核协议栈每包需要2k~4k个时钟周期。DPDK能显著提升虚拟化网络设备的数据采集效率。
下图为UIO技术的工作原理图
UIO技术将设备驱动分为用户空间驱动和内核空间驱动两部分，内核空间驱动主要负责设备资源分配、UIO设备注册以及小部分中断响应函数，驱动的大部分工作在用户空间的驱动程序下完成。通过UIO框架提供的API接口将UIO的驱动注册到内核，注册完成后将生成存有设备物理地址等信息的map文件，用户态进程访问该文件将设备对应的内存空间地址映射到用户空间，即可直接操作设备的内存空间，UIO技术使得应用程序可以通过用户空间驱动直接操作设备的内存空间，避免了数据在内核缓冲区和应用程序缓冲区的多次拷贝，提供数据处理效率。
◆linux内核处理包：
◆dpdk处理包：
◆下图为slow路径和fast路径比较：
◆用户空间轮询模式（PMD）
传统中断模式： 传统Linux系统中，当网络设备检测到数据帧过来的时候，会使用DMA（直接内存访问）将帧发送到预先分配好的内核缓冲区里面，然后更新相应的接收描述符环，之后产生中断通知有数据帧过来。Linux系统会进行相应的响应，然后更新相应的描述符环，再将接收到的数据帧交给内核中的网络堆栈进行处理，网络堆栈处理完之后会将相应的数据拷贝到相应的套接字，从而数据就被复制到了用户空间，应用程序就可以使用这些数据了，数据帧的接收过程如图：
在发送的时候，一旦用户程序处理完了数据，会通过一个系统调用将数据写入到套接字，将数据从用户空间拷贝到内核空间的缓冲区，交由网络堆栈进行处理，网络堆栈根据需要对数据进行封装并调用网卡设备的驱动程序，网卡设备驱动程序会更新传输描述符环，然后向网卡设备告知有数据帧需要传输。网卡设备会将数据帧从内核中的缓冲区拷贝到自己的缓冲区中并发送到网络链路上，传送到链路上之后，网卡设备会通过一个中断告知成功发送，然后内核会释放相应的缓冲区。数据的发送如图：
由于linux系统是通过中断的方式告知CPU有数据包过来的，当网络的流量越来越大，linux系统会浪费越来越多的时间去处理中断，当流量速率达到10G的时候，linux系统可能会被中断淹没，浪费很多CPU资源。
DPDK用户空间的轮询模式驱动：用户空间驱动使得应用程序不需要经过linux内核就可以访问网络设备卡。网卡设备可以通过DMA方式将数据包传输到事先分配好的缓冲区，这个缓冲区位于用户空间，应用程序通过不断轮询的方式可以读取数据包并在原地址上直接处理，不需要中断，而且也省去了内核到应用层的数据包拷贝过程。
◆DPDK核心组件
◆总结
DPDK核心思想
用户态模式下的PMD Driver， 去除了中断影响，减少了操作系统内核的开销，消除了IO吞吐瓶颈；避免了内核态和用户态的报文拷贝；用户态下软件崩溃，不会影响系统的稳定性。
来源：
https://www.toutiao.com/article/7092588176971137573/?log_from=54448ce932936_1652770551926
“IT大咖说”欢迎广大技术人员投稿，投稿邮箱：aliang@itdks.com
来都来了，走啥走，留个言呗~
IT大咖说 | 关于版权
由“IT大咖说（ID：itdakashuo）”原创的文章，转载时请注明作者、出处及微信公众号。投稿、约稿、转载请加微信：ITDKS10（备注：投稿），茉莉小姐姐会及时与您联系！
感谢您对IT大咖说的热心支持！
腾讯云开发者
