前言
该文章仅用于个人阅读笔记使用，如有错误，敬请指正。
什么是DPDK？
什么是DPDK?对于用户来说,它可能是一个性能出色的包数据处理加速软件库;对于开发者来说,它可能是一个实践包处理新想法的创新工场;对于性能调优者来说,它可能又是一个绝佳的成果分享平台。当下火热的网络功能虚拟化,则将DPDK放在一个重要的基石位置。
DPDK最初的动机很简单,就是证明IA多核处理器能够支撑高性能数据包处理。随着早期目标的达成和更多通用处理器体系的加入,DPDK逐渐成为通用多核处理器高性能数据包处理的业界标杆。
IA不适合进行数据包处理吗？
Linux系统为例，内核栈处理数据包流程：
- 数据包到达网卡。
- 网卡通过DMA将数据包复制到内存中的接收缓冲区。
- 网卡发送中断信号通知CPU有新的数据包到达。
- 中断处理程序被触发，处理该中断。
- 驱动程序将数据包从网卡的接收缓冲区移到内核的网络栈中，并将其放入适当的队列中。
- 内核网络栈对数据包进行处理（例如，协议栈处理，IP、TCP/UDP等）。
- 根据数据包的目的地，内核决定下一步操作：
- 如果数据包需要在内核态进行处理，则直接在内核态处理。
- 如果数据包需要由用户态应用程序处理，则内核将数据包放入相应的套接字缓冲区中。
- 用户态应用程序通过系统调用读取数据包，数据从内核态（CPU）复制到用户态的缓冲区中，然后进行处理。
在网络带宽向万兆发展时，大量的中断操作会严重降低处理性能。当然Linux操作系统对此也提出了NAPI机制，NAPI 是 Linux 上采用的一种提高网络处理效率的技术，它的核心概念就是不采用中断的方式读取数据，而代之以首先采用中断唤醒数据接收的服务程序，然后 POLL 的方法来轮询数据。以此来减少中断；问题是数据还需要做一次 CPU copy，复制操作也是很大的性能开销。对此也有处理方案，就是Netmap，使用共享数据包池减少这次CPU copy；还有问题：Linux是分时操作系统，需要进行进/线程进行对应的调度操作，那么它们的上下文切换以及cache miss和 cache write back也会对极致的网络性能带来影响。
DPDK预取
在DPDK运行的时候,会使用mmap()系统调用把大页映射到用户态的虚拟地址空间,然后就可以正常使用了。
DDIO
DDIO技术之前是如何进行处理网络数据的：当一个网络报文送到服务器的网卡时,网卡通过外部总线(比如PCI总线)把数据和报文描述符送到内存。接着,CPU从内存读取数据到Cache进而到寄存器。进行处理之后,再写回到Cache,并最终送到内存中。最后,网卡读取内存数据,经过外部总线送到网卡内部,最终通过网络接口发送出去。
DDIO技术是如何改进的呢?这种技术使外部网卡和CPU通过LLCCache直接交换数据,绕过了内存这个相对慢速的部件。这样,就增加了CPU处理网络报文的速度(减少了CPU和网卡等待内存的时间),减小了网络报文在服务器端的处理延迟。