前言：QoS是網絡中提供差異化服務的重要方法，它通過區分不同的流量和優先級，為不同的應用和使用者提供不同質量的網絡服務，比如，金融網絡，可能購買了專線，要求延遲小，更不能忍受丟包，自然優先級就高些；又比如網絡直播和游戲，對於網絡的延遲要求非常高，而普通的上網用戶則沒有這么高的要求（土豪除外）。DPDK中提供了QoS的參考框架，包含了多個流程組件，十分有趣。
一.DPDK QoS 概述
在DPDK提供的QoS框架中，一個復雜的處理流程被分成了幾個不同的處理階段，如下圖所示：
對於這些流程中模塊，其具體解釋是這樣的：
從這個圖中可以看出，整個包的處理過程被分成了4個階段完成。
- 1.第一階段是在線程0中的,主要的工作就是接收包然后進行檢查校驗。
- 2.第二階段是一個重點，主要工作是進行流分類,測速和負載均衡。把不同的流量導到不同的工作負載核上。
- 3.第三階段是在不同的負載核上處理業務報文。
- 4.第四階段也是一個非常重要的階段，主要工作是根據算法調度，丟棄，最后發送出去。
這次重點介紹QoS的部分，也就是第四階段，第二階段的流分類和負載均衡在后面再進行單獨說明。
二.DPDK QoS模塊分析
因為重點分析的是第四階段的處理過程，所以，這個階段中主要包含3個模塊：測速標記模塊（流量監督，police），棄包策略模塊（擁塞避免,dropper），調度模塊（擁塞管理,sched）。依次說明這三個部分。
在QoS里，有兩個概念：流量監督和流量整形。他們的區別是流量監督對於不符合流量特征的報文直接丟棄，而流量整形對於不符合流量特征的報文進行緩存，減少了丟包；自然，相對的，流量整形可能就引入延遲，而流量監督幾乎不會導致延遲。
2.1 測速標記模塊
測速模塊主要就是測量一個流的速度，然后根據速度情況打上顏色標記。DPDK中提供了2種測速標記算法---srTCM（單速三色標記）和trTCM(雙速三色標記)。通過算法計算，會根據結果為每個包標記上紅或者綠或者黃三種顏色。
2.1.1 令牌桶算法
無論是srTCM還是trTCM都是基於令牌桶算法實現的，了解了令牌桶算法，就了解了這兩種測速標記算法的大部分。簡單的說，令牌桶算法測速限速的原理就是：每個符合規則的報文，只有在從桶中拿到令牌后才能發送出去。那桶中的令牌是怎么來的呢？可以自己設置桶中令牌生成的速度，也就是通過設置生成令牌的生成速度來定義發送數據包的速度。通常為了數據包解決突發性問題等，會使用2個令牌桶，根據他們各自生成令牌的速度，分為單速三色標記和雙速三色標記。具體詳細的令牌桶算法可以參考如下鏈接：http://blog.csdn.net/maotianwang/article/details/41310957
2.1.2 DPDK測速標記接口
測速標記接口使用起來，非常簡單，主要接口定義在rte_meter.c和rte_meter.h中，在使用前先配置一下限速的參數。struct rte_meter_trtcm_params,這是使用雙速三色算法的配置參數結構體。配置完成后，就在處理每個符合規則的包時，調用rte_meter_trtcm_color_blind_check()來給當前的包標記顏色，這里使用了色盲模式，對於單速和雙速算法，都可以使用色盲或者非色盲模式，他們的差別就是色盲模式對於包已經標記的顏色不關心，只計算當下應該標記什么顏色；而非色盲模式會關心包已經被標記的顏色，再結合當下的情況，綜合以后再標記顏色。
2.2 擁塞避免模塊
擁塞避免使用的主要算法是RED(早期隨機丟棄)，當擁塞快要發生前，提前丟棄一些報文，避免最后擁塞發生。當然，這里的隨機丟棄是這樣的：算法設置有兩個閥值，當小於最小閥值時不丟棄，當介於最小閥值和最大閥值之間，隨機丟棄，當大於最大閥值時，采用尾丟棄。如下盜圖：
自然，在隨機丟棄階段，因為所有的包一視同仁，可能會丟棄真正重要的包。因此，可以采用WRED等,帶有權重的隨機丟棄算法，根據優先級的不同選擇丟包。
2.2.1 DPDK擁塞避免接口
擁塞避免接口主要定義在rte_red.c和rte_red.h文件中，使用起來也很簡單，也是要先配置閥值等參數。配置完成后，當數據包到來時，會根據隊列剩余的空間大小，來決定是否需要丟棄數據包。
rte_red_config_init(),對算法的參數進行配置。rte_red_enqueue(),如果返回值為0，則不丟棄；如果返回值為1，則表示超過最大閥值丟棄；如果返回值為2，丟棄，因滿足隨機丟棄條件而丟棄。
擁塞避免模塊經常和擁塞sched一起使用。
2.3 擁塞管理模塊
在擁塞管理模塊中，主要就是一個調度功能。DPDK的調度功能是分層調度，共分為4個層次，如下圖：
其每一層次代表的意思看下圖的解釋：
這種分層調度是個很復雜的過程，具體細節就沒有細究了。最后看一下其接口吧。
2.3.1 擁塞管理接口
首先也是進行每一個層次的初始化配置：
rte_sched_port_config();rte_sched_subport_config();rte_sched_pipe_config()，對於每一層的配置，都有對應的結構體。如struct rte_sched_subport_params等。根據需要設置參數。rte_sched_port_enqueue()嘗試入隊，在其中就會進行RED算法和調度處理，如果符合條件，則可能會丟棄數據包，所以，返回值是實際調度的數據包個數。rte_sched_port_dequeue(), 取出存在隊列中經過調度的包，然后就可以發送了。
三.總結：
QoS為數據包的發送管理提供了一整套的機制，目的在於提高網絡的平穩性，根據網絡業務的情況，合理分配資源，最大限度保障各方網絡使用者都能滿足需求。對於其中的流量監督，整形，調度等多種手段，既可以單獨使用，也可以結合使用，如果配合流分類技術，即可使得QoS對流量的管理更加有針對性。