DPDK的加速原理(上）

随着网络数据的增加，传统的Linux网络栈的性能限制越来越引起人们的关注。

首先，我们来看一下Linux协议栈是如何处理网络数据包的

网卡接收到一个数据包

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送到网卡的接收队列（RX）

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通过DMA方式拷贝到内存

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系统收到通知：有新的数据包

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软中断

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内核为每个数据包分配buffer(sk_buff)

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传输数据包到userspace

这种机制在接收大量数据包时，存在如下瓶颈：

1）分配sk_buff内存给每个数据包，并在数据包传送到用户态时释放内存。这个过程需要消耗大量的总线cycle(从CPU传输数据到内存)；

2）为了尽可能多的兼容各种网络协议，Sk_buff结构体的成员变量中有很多的元数据。而这些元数据在处理某类数据包时并不是必需的。这种负责的结构体也导致数据包的处理变慢；

3）当用户态的应用发送或者接收数据包时，需要进行系统调用。因此，上下文需要先切换到内核态，然后又回到用户态。这个重复的过程也会消耗大量的系统资源。

为了解决上述问题，Linux内核从2.6以后引入了NAPI(NewAPI)。其工作原理大致如下：

网卡正常工作在中断模式下

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数据包被送到网卡

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网卡注册自己到polling队列，并且disable中断

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（系统定期地检查队列，查看有无新的设备）

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收集数据进行处理

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网卡从polling队列中删除，并使能中断

这种做法依然有问题，需要不停的在使能或者关闭中断。