基于dpdk的用户态协议栈设计实现(一)

简介: 基于dpdk的用户态协议栈设计实现(一)

前导知识

在传统的网络通信中,数据的流向可以概括如下:

网卡(NIC)➡协议栈➡VFS/Posix API➡应用程序

  1. 网卡(NIC)。属于硬件设备,负责接收和发送网络数据。
  2. 协议栈是一种软件架构,用于管理网络通信中的各种协议。数据链路层、网络层、传输层都属于协议栈。通俗来讲就是当接受到网络数据的时候,协议栈会对这些数据进行层层解析,确认无误之后才有可能传递给下一个环节。
  3. VFS/Posix API,提供了统一的接口,使程序能得以在不同的系统上运行。简单来说不同的操作系统进行同一个活动,比如打开文件,所调用的函数是不同的。系统1调用的是open1函数,系统2调用的是open2函数,在VFS/Posix API中统一规定把这个功能的函数包装成open,那么当应用程序在不同的系统上调用open函数的时候就都能打开文件了。
  4. 应用程序。写代码和启动代码的地方。

dpdk介绍

DPDK是一套应用程序,用于直接从网卡将网络数据读入用户层进行操作。数据的流向通常可以概括如下:

网卡➡应用程序

我们需要自己在用户空间中自行完成网络数据的解析和验证。人家现成的东西我们不用,偏要自己写,有什么好处呢?简单来说就是定制化的数据处理流程,比通用的数据处理流程往往更高效、更灵活。

dpdk环境

dpdk环境安装

安装好vmware之后,可从以下链接下载虚拟机:

链接:百度网盘 请输入提取码,提取码:g7on 。

虚拟机root用户信息为:用户名king,密码123456。

相对于普通的在vamare上构建虚拟机,该环境修改了虚拟机的vmx配置文件,修改或添加了如下代码:

其中,vmxnet3是一种虚拟网卡,模拟高性能网卡。WakeOnPckRcv的英文全称是wake on packet receive。ethernet0.wakeOnPcktRcv = "TRUE"的作用是允许虚拟机在接收到网络数据包的时候被唤醒。

该虚拟机还在上面安装了stable版本的dpdk。

dpdk环境变量设置

首先设置dpdk有关的环境变量:

sudo su

#export RTE_SDK=dpdk路径

export RTE_SDK=/home/king/share/dpdk/dpdk-stable-19.08.2/  

export RTE_TARGET=x86_64-native-linux-gcc

第一个export代码的意思是设置dpdk资源的绝对路径,以便相关程序调用dpdk的时候方便寻找到相关资源。第二个export的代码的意思是设置dpdk要在特定的目标环境上运行。

设置dpdk相关属性

执行命令:./usertools/dpdk-setup.sh

依次选择:43、45、46、47、49、60

其中,[43] Insert IGB UIO module,IGB、[44] Insert VFIO module都是插入驱动程序模块,是dpdk用于接管网卡的组件,不过它们在功能和特性、支持的设备等方面存在差异。

[45] Insert KNI module是插入内核网络接口,因为从网卡接管的数据并不一定需要全部在用户空间进行处理,大部分时候会只处理一部分然后导入回协议栈。

[46] Setup hugepage mappings for non-NUMA systems、

[47] Setup hugepage mappings for NUMA systems,都在为dpdk设置巨页,巨页的设置可以减少页表、减少访问内存的开销,增加dpdk的吞吐量。

[49],[50]则与[43]、[44]相互配对完成网卡接口的接管,选其一执行即可。特别说明[49]([50]同),在执行之前需要把eth0 down掉(sudo ifconfig eth0 down)。Down掉之后ifconfig不能看到eth0的信息,但是ifconfig -a可以。[49]的执行后ifconfig -a也会查询不到eth0的相关信息。[49]的执行需要输入eth0的PCI地址,所谓的PCI地址就是PCI设备的标识符,PCI设备就是显卡、网卡等。执行界面如下图:

最后选择[60]安全退出设置。

Dpdk试运行

建立代码文件

本人创建的是ustack.c文件,并且在独立的文件夹下。

因此需要重新export环境变量。

sudo su

export RTE_SDK=/home/king/share/dpdk/dpdk-stable-19.08.2/  

export RTE_TARGET=x86_64-native-linux-gcc

拷贝并修改dpdk范例所给的makefile

cp /home/king/share/dpdk/dpdk-stable-19.08.2/examples/helloworld/Makefile  ./

需要将下面两处修改为c文件的名称。

编译并执行代码文件

Make clean

Make

./build/ustack

执行上述三句代码,就可以正常地执行ustack.c的代码了。

如果无法执行,说明前期的工作存在错误。

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