DPDK與SR-IOV兩者目前主要用於提高IDC（數據中心）中的網絡數據包的加速。但是在NFV（網絡功能虛擬化）場景下DPDK與SR-IOV各自的使用場景是怎樣的？以及各自的優缺點？
本文主要通過從以下幾點來闡述這個問題：
1、什么是DPDK？
2、什么是SR-IOV？
3、DPDK與SR-IOV有何不同？
4、DPDK與SR-IOV各自適合的應用場景是怎樣的？
1、什么是DPDK？
DPDK（Data Plane Development Kit）是6Wind、Intel開發的一款高性能的數據平面開發工具包。為了方便理解DPDK我們先了解下Linux內核是如何處理網絡數據包的。
圖1 左：Linux kernel 右：DPDK
默認情況下，Linux 使用內核來處理網絡數據包，隨着IDC（數據中心）NIC速率逐步從40G到目前主流的100G，未來將逐步替換為400G。Linux內核已經不再適合處理高速網絡。
內核弊端：
1、中斷處理：當網絡中大量數據包到來時，會頻繁產生中斷請求，頻繁的中斷會產生較高的性能開銷、並造成上下文的切換產生時延。
2、內存拷貝：網絡數據包到來時，網卡通過 DMA 等拷貝到內核緩沖區，內核協議棧再從內核空間拷貝到用戶態空間，在 Linux 內核協議棧中，這個耗時操作甚至占到了數據包整個處理流程的 57.1%。
3、局部性失效：目前主流處理器都是多個CPU核心的，這意味着一個數據包的處理可能跨多個 CPU 核心。比如：一個數據包可能中斷在 cpu0，內核態處理在 cpu1，用戶態處理在 cpu2，這樣跨多個核心，容易造成 CPU 緩存失效，造成局部性失效。
從前面的分析得知目前網絡IO的實現的方式中，內核是導致性能瓶頸的原因所在，要解決性能問題就需要繞過內核，直接在用戶態收發包。
1、內核bypass：通過UIO（Userspace I/O）旁路數據包，實現用戶態數據包收發，減少上下文切換以及內存拷貝。
2、使用多核編程代替多線程編程：設置 CPU 的親和性，將線程和 CPU 核進行一比一綁定，減少彼此之間調度切換。
3、使用大頁內存代替普通的內存：減少 cache-miss。
4、采用無鎖技術：解決資源競爭問題。
2、帶有OVS的DPDK
什么是OVS？
OVS（Open vSwitch）是一款高質量的開源虛擬交換機，運行在hypervisor中並為虛擬機提供虛擬網絡。
圖2 NVF中OVS所處位置
OVS是實施VNF（Virtual Network Function）的一部分，位於hypervisor中，如圖2所示流量可以從一個VNF通過OVS傳遞到另一個VNF中。
OVS 的轉發平面是內核的一部分，無論OVS有多好，它都面臨着與前面討論的 Linux 網絡協議棧相同的問題。
圖3 左：Kernel+OVS 右：DPDK+OVS
如圖3所示：基於 DPDK 的轉發路徑替換標准的 OVS 內核轉發路徑，在主機上創建一個用戶空間 vSwitch，它完全運行在用戶空間中從而提高了 OVS 交換機的性能。
3、SR-IOV
在講述SR-IOV之前我們先講述一下PCI直通技術。
什么是PCI直通？
PCI直通：不使用hypervisor也可以向虛擬機提供完整的網卡。虛擬機認為自己與網卡直接相連。如圖4所示，有兩個NIC卡和兩個VNF，每個都獨占訪問其中一個NIC卡。
圖4 網卡直通
PCI直通缺點：由於下面的兩個網卡被VNF1和VNF3獨占。並且沒有第三個專用網卡分配給VNF2使用。
什么是SR-IOV？
SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）規范：定義了一種用於虛擬化PCIe設備的機制。這種機制可以將單個PCIe以太網控制器虛擬化為多個PCIe設備
圖5 SR-IOV
通過創建PCIe設備的VF，每個VF可以分配給單個VM/VNF，從而消除由於網卡不夠的問題。
4、DPDK vs SR-IOV
數據中心中存在東西向流量與南北向流量。
圖6
在同一個服務器內的東西向流量，DPDK性能優於SR-IOV。這很容易理解:如果流量是在服務器內部路由/交換的，而不是到NIC。SR-IOV沒有任何優勢。相反，SR-IOV會成為一個瓶頸(流量路徑會變長，網卡資源會被占用)。
圖7為Intel官方給出東西向流量場景下DPDK與SR-IOV的性能測試數據。
在南北流量(也包括從一個服務器到另一個服務器的東西流量)的場景中，SR-IOV性能要優於DPDK。
圖8
圖9
圖9為Intel官方給出的南北向流量場景下DPDK與SR-IOV的性能測試數據。