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用户态协议栈学习，DKDK基本用法介绍

2023-05-16

网络数据流，先了解一下用户态协议栈在什么位置

这里以DPDK为例：（目的是为了获得原始的网络数据，除了DPDK，socket raw，netmap也能获取获取以太网数据）
在这里插入图片描述

1 默认数据流

默认情况下，网络数据经物理网卡，内核协议栈，VFS，最后到达APP

2 DPDK

DPDK接管网卡，它可以把数据送入用户态协议栈，也可以把数据传到sk_buffer中。
因为dpdk的这种特性，实现的用户态协议栈可以直接读写应用程序内存，更加灵活地控制网络数据流，实现更多自定义功能；可以避免系统调用、内核态切换等开销，减少网络数据包传输时的延迟和CPU使用率，提高处理吞吐量。

DPDK 编译与配置

设置环境变量

sudo su
cd 至 dpdk-stable-19.08.2
export RTE_SDK=“路径/”dpdk-stable-19.08.2/
export RTE_TARGET=x86_64-native-linux-gcc

运行./usertools/dpdk-setup.sh ，部分选项解释

Step 1: Select the DPDK environment to build 选择一种编译器编译

[1] arm64-armada-linuxapp-gcc
[2] arm64-armada-linux-gcc
[3] arm64-armv8a-linuxapp-clang
[4] arm64-armv8a-linuxapp-gcc
[5] arm64-armv8a-linux-clang
[6] arm64-armv8a-linux-gcc
[7] arm64-bluefield-linuxapp-gcc
[8] arm64-bluefield-linux-gcc
[9] arm64-dpaa2-linuxapp-gcc
[10] arm64-dpaa2-linux-gcc
[11] arm64-dpaa-linuxapp-gcc
[12] arm64-dpaa-linux-gcc
[13] arm64-octeontx2-linuxapp-gcc
[14] arm64-octeontx2-linux-gcc
[15] arm64-stingray-linuxapp-gcc
[16] arm64-stingray-linux-gcc
[17] arm64-thunderx2-linuxapp-gcc
[18] arm64-thunderx2-linux-gcc
[19] arm64-thunderx-linuxapp-gcc
[20] arm64-thunderx-linux-gcc
[21] arm64-xgene1-linuxapp-gcc
[22] arm64-xgene1-linux-gcc
[23] arm-armv7a-linuxapp-gcc
[24] arm-armv7a-linux-gcc
[25] i686-native-linuxapp-gcc
[26] i686-native-linuxapp-icc
[27] i686-native-linux-gcc
[28] i686-native-linux-icc
[29] ppc_64-power8-linuxapp-gcc
[30] ppc_64-power8-linux-gcc
[31] x86_64-native-bsdapp-clang
[32] x86_64-native-bsdapp-gcc
[33] x86_64-native-freebsd-clang
[34] x86_64-native-freebsd-gcc
[35] x86_64-native-linuxapp-clang
[36] x86_64-native-linuxapp-gcc
[37] x86_64-native-linuxapp-icc
[38] x86_64-native-linux-clang
[39] x86_64-native-linux-gcc 我这里选择 x86_64-native-linux-gcc，因为我用的系统 ubuntu server x64
[40] x86_64-native-linux-icc
[41] x86_x32-native-linuxapp-gcc
[42] x86_x32-native-linux-gcc

Step 2: Setup linux environment

[43] Insert IGB UIO module // 插入Intel Gigabit Ethernet驱动程序的用户态I/O（UIO）模块。这个模块可以帮助操作系统与Intel网卡进行通信，并提供网络连接服务。

[44] Insert VFIO module // 将物理设备分配给虚拟机以进行直接访问。这使得虚拟机可以在不影响主机性能的情况下获得更好的 I/O 性能，并提供更高的安全性和隔离性。

[45] Insert KNI module // (KNI)模块，以支持在用户空间和内核空间之间传输数据包。
[46] Setup hugepage mappings for non-NUMA systems //设置巨页系统，
[47] Setup hugepage mappings for NUMA systems
// NUMA systems是一种多处理器计算机体系结构，在多核，多内存条，实现统一编址访问
// 如果接收10G数据，只设置4k大小的内存页的话，就需要频繁访问页表，内存页置换，效率不高，这里根据实际情况设置巨页就很有必要。
[48] Display current Ethernet/Baseband/Crypto device settings
// 显示当前以太网/基带/加密设备的设置。这通常指的是计算机或网络设备上的硬件设置，例如网络适配器的速度、双工模式、MAC地址和加密协议等
[49] Bind Ethernet/Baseband/Crypto device to IGB UIO module // 将以太网/基带/加密设备绑定到IGB UIO模块
[50] Bind Ethernet/Baseband/Crypto device to VFIO module // 将以太网/基带/加密设备绑定到VFIO模块的
[51] Setup VFIO permissions // 为VFIO设备分配权限，以便可以在虚拟机中使用该设备

Step 3: Run test application for linux environment

[52] Run test application ( R T E T A R G E T / a p p / t e s t ) [ 53 ] R u n t e s t p m d a p p l i c a t i o n i n i n t e r a c t i v e m o d e ( RTE_TARGET/app/test) [53] Run testpmd application in interactive mode ( RTET​ARGET/app/test)[53]Runtestpmdapplicationininteractivemode(RTE_TARGET/app/testpmd)

Step 4: Other tools

[54] List hugepage info from /proc/meminfo

Step 5: Uninstall and system cleanup

[55] Unbind devices from IGB UIO or VFIO driver
[56] Remove IGB UIO module
[57] Remove VFIO module
[58] Remove KNI module
[59] Remove hugepage mappings

[60] Exit Script

Option: // 这里输入39回车，就对应step1中的编译环境（[39] x86_64-native-linux-gcc）编译了

编译一次即可，编译完成后，就可以按需step2。配置好后，可运行step3中的测试程序。step4,5可根据实际情况使用。

运行./usertools/dpdk-setup.sh shell步骤记录

  1. 输入43， 设置uio module
Option: 43

Unloading any existing DPDK UIO module
Loading uio module
Loading DPDK UIO module
  1. 输入44， 设置VFIO module
Option: 44

Unloading any existing VFIO module
Loading VFIO module
chmod /dev/vfio
OK
  1. 输入45， 设置KNI module
Option: 45

Unloading any existing DPDK KNI module
Loading DPDK KNI module
  1. 输入46，设置hugepages
Option: 46

Removing currently reserved hugepages
Unmounting /mnt/huge and removing directory

  Input the number of 1048576kB hugepages
  Example: to have 128MB of hugepages available in a 2MB huge page system,
  enter '64' to reserve 64 * 2MB pages
Number of pages: 512
Reserving hugepages
Creating /mnt/huge and mounting as hugetlbfs
  1. 输入47，设置hugepages for each node
Option: 47

Removing currently reserved hugepages
Unmounting /mnt/huge and removing directory

  Input the number of 1048576kB hugepages for each node
  Example: to have 128MB of hugepages available per node in a 2MB huge page system,
  enter '64' to reserve 64 * 2MB pages on each node
Number of pages for node0: 512
Reserving hugepages
Creating /mnt/huge and mounting as hugetlbfs
  1. 输入48，显示设备
Network devices using kernel driver
===================================
0000:02:01.0 '82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) 100f' if=eth2 drv=e1000 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:02:06.0 '82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) 100f' if=eth3 drv=e1000 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:03:00.0 'VMXNET3 Ethernet Controller 07b0' if=eth0 drv=vmxnet3 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:0b:00.0 'VMXNET3 Ethernet Controller 07b0' if=eth1 drv=vmxnet3 unused=igb_uio,vfio-pci *Active*

No 'Baseband' devices detected
==============================

No 'Crypto' devices detected
============================

No 'Eventdev' devices detected
==============================

No 'Mempool' devices detected
=============================

No 'Compress' devices detected
==============================

No 'Misc (rawdev)' devices detected
===================================
  1. 输入49，修改绑定的设备，这里是: bind to IGB UIO driver: eth0（或者填入：0000:03:00.0 都可以）
    这里的绑定是为了让DPDK接管网卡
Option: 49
Network devices using kernel driver
===================================
0000:02:01.0 '82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) 100f' if=eth2 drv=e1000 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:02:06.0 '82545EM Gigabit Ethernet Controller (Copper) 100f' if=eth3 drv=e1000 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:03:00.0 'VMXNET3 Ethernet Controller 07b0' if=eth0 drv=vmxnet3 unused=igb_uio,vfio-pci 
0000:0b:00.0 'VMXNET3 Ethernet Controller 07b0' if=eth1 drv=vmxnet3 unused=igb_uio,vfio-pci *Active*

No 'Baseband' devices detected
==============================

No 'Crypto' devices detected
============================

No 'Eventdev' devices detected
==============================

No 'Mempool' devices detected
=============================

No 'Compress' devices detected
==============================

No 'Misc (rawdev)' devices detected
===================================
Enter PCI address of device to bind to IGB UIO driver: （这里输入pci地址）0000:0b:00.0
Warning: routing table indicates that interface 0000:0b:00.0 is active. Not modifying  ====> 注意有警告，是因为这个设备被占用了，
					这个是后可以另起一个终端，执行sudo ifconfig eth0 down, 把它关掉
					（查看网卡信息  lspci -k | grep -A 2 -i "Ethernet"）
OK

绑定好的可以通过输入55，删除绑定，如下，vmxnet3正是.vmx文件中设置的 （删除绑定）
Enter PCI address of device to unbind: 0000:03:00.0
Enter name of kernel driver to bind the device to: vmxnet3

注意事项

在有多个网卡的情况下，ifconfig 看到的eth0，eth1与.vmx文件中的 ethernet0， ethernet1可能不是一一对应的关系

测试

Option: 53


  Enter hex bitmask of cores to execute testpmd app on
  Example: to execute app on cores 0 to 7, enter 0xff
bitmask: 7
Launching app
EAL: Detected 4 lcore(s)
EAL: Detected 1 NUMA nodes
EAL: Multi-process socket /var/run/dpdk/rte/mp_socket
EAL: Selected IOVA mode 'PA'
EAL: Probing VFIO support...
EAL: VFIO support initialized
EAL: PCI device 0000:02:01.0 on NUMA socket -1
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL:   probe driver: 8086:100f net_e1000_em
EAL: PCI device 0000:02:06.0 on NUMA socket -1
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL:   probe driver: 8086:100f net_e1000_em
EAL: PCI device 0000:03:00.0 on NUMA socket -1
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL:   probe driver: 15ad:7b0 net_vmxnet3
EAL: PCI device 0000:0b:00.0 on NUMA socket -1
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL:   probe driver: 15ad:7b0 net_vmxnet3
Interactive-mode selected
testpmd: create a new mbuf pool <mbuf_pool_socket_0>: n=163456, size=2176, socket=0
testpmd: preferred mempool ops selected: ring_mp_mc

Warning! port-topology=paired and odd forward ports number, the last port will pair with itself.

Configuring Port 0 (socket 0)
Port 0: 00:0C:29:A3:11:BF
Checking link statuses...
Done
testpmd> help

Help is available for the following sections:

    help control                    : Start and stop forwarding.
    help display                    : Displaying port, stats and config information.
    help config                     : Configuration information.
    help ports                      : Configuring ports.
    help registers                  : Reading and setting port registers.
    help filters                    : Filters configuration help.
    help traffic_management         : Traffic Management commmands.
    help devices                    : Device related cmds.
    help all                        : All of the above sections.

testpmd> help control

Control forwarding:
-------------------

start
    Start packet forwarding with current configuration.

start tx_first
    Start packet forwarding with current config after sending one burst of packets.

stop
    Stop packet forwarding, and display accumulated statistics.

quit
    Quit to prompt.

testpmd> start
io packet forwarding - ports=1 - cores=1 - streams=1 - NUMA support enabled, MP allocation mode: native
Logical Core 1 (socket 0) forwards packets on 1 streams:
  RX P=0/Q=0 (socket 0) -> TX P=0/Q=0 (socket 0) peer=02:00:00:00:00:00

  io packet forwarding packets/burst=32
  nb forwarding cores=1 - nb forwarding ports=1
  port 0: RX queue number: 1 Tx queue number: 1
    Rx offloads=0x0 Tx offloads=0x0
    RX queue: 0
      RX desc=0 - RX free threshold=0
      RX threshold registers: pthresh=0 hthresh=0  wthresh=0
      RX Offloads=0x0
    TX queue: 0
      TX desc=0 - TX free threshold=0
      TX threshold registers: pthresh=0 hthresh=0  wthresh=0
      TX offloads=0x0 - TX RS bit threshold=0
testpmd> show port info 0

********************* Infos for port 0  *********************
MAC address: 00:0C:29:A3:11:BF
Device name: 0000:03:00.0
Driver name: net_vmxnet3
Connect to socket: 0
memory allocation on the socket: 0
Link status: up
Link speed: 10000 Mbps
Link duplex: full-duplex
MTU: 1500
Promiscuous mode: enabled
Allmulticast mode: disabled
Maximum number of MAC addresses: 1
Maximum number of MAC addresses of hash filtering: 0
VLAN offload: 
  strip off 
  filter off 
  qinq(extend) off 
Supported RSS offload flow types:
  ipv4
  ipv4-tcp
  ipv6
  ipv6-tcp
Minimum size of RX buffer: 1646
Maximum configurable length of RX packet: 16384
Current number of RX queues: 1
Max possible RX queues: 16
Max possible number of RXDs per queue: 4096
Min possible number of RXDs per queue: 128
RXDs number alignment: 1
Current number of TX queues: 1
Max possible TX queues: 8
Max possible number of TXDs per queue: 4096
Min possible number of TXDs per queue: 512
TXDs number alignment: 1
Max segment number per packet: 255
Max segment number per MTU/TSO: 16
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