DPDK 入門
DPDK旁路原理
原來內核協議棧的方式數據是從 網卡-->驅動-->協議棧-->socket接口-->業務
而DPDK的方式是基於UIO（Userspace I/O）旁路數據。數據從 網卡-->DPDK輪詢模式-->DPDK基礎庫-->業務
DPDK的基石UIO
為了讓驅動運行在用戶態，linux提供UIO機制，使用UIO可以通過read感知中斷，通過mmap實現核網卡的通訊
UIO原理
要開發用戶態驅動有幾個步驟：
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開發運行在內核的UIO模塊，因為硬中斷只能在內核處理
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通過/dev/uioX讀取中斷
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通過mmap和外設共享內存
DKDP核心優化
DPDK的UIO驅動屏蔽了硬件發出的中斷，然后在用戶態采用主動輪訓的方式，這種模式被稱為PMD（Poll Mode Driver）
UIO 旁路了內核，主動輪訓去掉硬中斷，DPDK從而可以在用戶態做收發包處理。帶來zero copy，無系統調用的好處，同步處理減少上下文切換帶來的Cache MIss。
運行在PMD的CORE會處於CPU100%的狀態。
網絡空閑時CPU 長期空轉，會帶來能耗問題。所以，DPDK推出interrupt DPDK模式。
interrupt DPDK：
DPDK的高性能代碼實現
1. 采用HugePage減少TLB Miss
默認下Linux采用4KB為一頁，頁越小內存越大，頁表的開銷越大，頁表的內存占用也越大。CPU有TLB（Translation Lookaside Buffer）成本高所以一般就只能存放幾百到上千個頁表項。如果進程要使用64G內存，則64G/4KB=16000000（一千六百萬）頁，每頁在頁表項中占用16000000 * 4B=62MB。如果用HugePage采用2MB作為一頁，只需64G/2MB=2000，數量不在同個級別。
而DPDK采用HugePage，在x86-64下支持2MB、1GB的頁大小，幾何級的降低了頁表項的大小，從而減少TLB-Miss。並提供了內存池（Mempool）、MBuf、無鎖環（Ring）、Bitmap等基礎庫。根據我們的實踐，在數據平面（Data Plane）頻繁的內存分配釋放，必須使用內存池，不能直接使用rte_malloc，DPDK的內存分配實現非常簡陋，不如ptmalloc。
2. SNA（Shared-nothing Architecture）
軟件架構去中心化，盡量避免全局共享，帶來全局競爭，失去橫向擴展的能力。NUMA體系下不跨Node遠程使用內存。
3. SIMD（Single Instruction Multiple Data）
從最早的mmx/sse到最新的avx2，SIMD的能力一直在增強。DPDK采用批量同時處理多個包，再用向量編程，一個周期內對所有包進行處理。比如，memcpy就使用SIMD來提高速度。
SIMD在游戲后台比較常見，但是其他業務如果有類似批量處理的場景，要提高性能，也可看看能否滿足。
4. 不使用慢速API
這里需要重新定義一下慢速API，比如說gettimeofday，雖然在64位下通過vDSO已經不需要陷入內核態，只是一個純內存訪問，每秒也能達到幾千萬的級別。但是，不要忘記了我們在10GE下，每秒的處理能力就要達到幾千萬。所以即使是gettimeofday也屬於慢速API。DPDK提供Cycles接口，例如rte_get_tsc_cycles接口，基於HPET或TSC實現。