DPDK skeleton basicfwd 源码阅读
学习这个例子用于理解单纯的 dpdk 转发过程，L2 和 L3 的转发是基于此：在rte_eth_rx_burst()收包后进行解包，提取 mac、ip 等信息然后在转发到输出网卡。
如果要写出自己的程序（例如发特定的包，做特定的流程），这个例子还是很有学习的必要。多看几遍，直到完全弄懂里面的流程和重要的API。
代码部分
main函数
/*
* The main function, which does initialization and calls the per-lcore
* functions.
*/
int
main(int argc, char *argv[])
{
struct rte_mempool *mbuf_pool; // 指向内存池结构的指针
unsigned nb_ports; // 网口个数
uint16_t portid; // 网口号
/* Initialize the Environment Abstraction Layer (EAL). */
int ret = rte_eal_init(argc, argv);
if (ret < 0)
rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error with EAL initialization\n");
// ret是init函数的返回值，是命令行中被解析成功的参数个数
argc -= ret;
argv += ret; // 这两个操作有点摸不着头脑。。
/* Check that there is an even number of ports to send/receive on. */
nb_ports = rte_eth_dev_count(); // 获取当前可用以太网设备的总数
if (nb_ports < 2 || (nb_ports & 1)) // 检查端口个数是否小于两个或者是奇数，则出错。
rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error: number of ports must be even\n");
// dpdk用mbuf保存packet，mempool用于操作mbuf
/* rte_pktmbuf_pool_create() 创建并初始化mbuf池，是 rte_mempool_create 这个函数的封装。
五个参数：
1. mbuf的名字 "MBUF_POOL"
2. mbuf中的元素个数。每个端口给了8191个
3. 每个核心的缓存大小，如果该参数为0 则可以禁用缓存。本程序中是250
4. 每个mbuf中的数据缓冲区大小
5. 应分配内存的套接字标识符。
返回值：分配成功时返回指向新分配的mempool的指针。
mempool的指针会传给 port_init 函数，用于 setup rx queue
*/
/* Creates a new mempool in memory to hold the mbufs. */
mbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("MBUF_POOL", NUM_MBUFS * nb_ports,
MBUF_CACHE_SIZE, 0, RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE, rte_socket_id()); //rte_socket_id()返回正在运行的lcore所对应的物理socket。socket的文档在 lcore中
if (mbuf_pool == NULL) // 若mempool分配失败
rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create mbuf pool\n");
/* Initialize all ports. 在每个网口上初始化 */
RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) // 必须使用RTE_ETH_FOREACH_DEV()宏来访问这些设备以处理非连续范围的设备。
if (port_init(portid, mbuf_pool) != 0)
rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot init port %"PRIu16 "\n",
portid);
if (rte_lcore_count() > 1) // basicfwd只需要使用一个逻辑核
printf("\nWARNING: Too many lcores enabled. Only 1 used.\n");
/* Call lcore_main on the master core only. */
// 仅仅一个主线程调用
// 这个程序纯粹地把一个网口收到的包从另一个网口转发出去，就像是一个repeater，中间没有其他任何处理。
lcore_main();
return 0;
}
端口初始化port_init(portid, mbuf_pool)
/*
* Initializes a given port using global settings and with the RX buffers
* coming from the mbuf_pool passed as a parameter.
*/
static inline int
port_init(uint16_t port, struct rte_mempool *mbuf_pool)
{
struct rte_eth_conf port_conf = port_conf_default; // 这个rte_eth_conf结构体在配置网卡时要用到
const uint16_t rx_rings = 1, tx_rings = 1; // 每个网口有多少rx和tx队列，这里都为1
uint16_t nb_rxd = RX_RING_SIZE; // 接收环大小
uint16_t nb_txd = TX_RING_SIZE; // 发送环大小
int retval;
uint16_t q;
struct rte_eth_dev_info dev_info; // 用于获取以太网设备的信息，setup queue 时用到
struct rte_eth_txconf txconf; // setup tx queue 时用到
if (!rte_eth_dev_is_valid_port(port)) // 检查设备的port_id是否已连接
return -1;
rte_eth_dev_info_get(port, &dev_info); /* 查询以太网设备的信息，参数port指示以太网设备的网口标识符，第二个参数指向要填充信息的类型rte_eth_dev_info的结构的指针。*/
if (dev_info.tx_offload_capa & DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE)
port_conf.txmode.offloads |=
DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE;
// rte_eth_dev_configure() 配置网卡
/* 四个参数
1. port id
2. 要给该网卡配置多少个收包队列 这里是一个
3. 要给该网卡配置多少个发包队列 也是一个
4. 结构体指针类型 rte_eth_conf *
*/
retval = rte_eth_dev_configure(port, rx_rings, tx_rings, &port_conf);
if (retval != 0) // 返回值0：成功，设备已配置。
return retval;
// rte_eth_dev_adjust_nb_rx_tx_desc() 检查Rx和Tx描述符的数量是否满足以太网设备信息中的描述符限制，否则将它们调整为边界。
retval = rte_eth_dev_adjust_nb_rx_tx_desc(port, &nb_rxd, &nb_txd);
if (retval != 0) // 返回值0：如果成功。
return retval;
/* rte_eth_rx_queue_setup() 顾名思义的函数名
配置rx队列需要六个参数
1. port id
2. 接收队列的索引。要在[0, rx_queue - 1] 的范围内（先前rte_eth_dev_configure中配置的）
3. 为接收环分配的接收描述符数。（环的大小）
4. socket id。 如果是 NUMA 架构 就使用 rte_eth_dev_socket_id(port)获取port所对应的以太网设备所连接上的socket的id；若不是NUMA，该值可以是宏SOCKET_ID_ANY
5. 指向rx queue的配置数据的指针。如果是NULL，则使用默认配置。
6. 指向内存池mempool的指针，从中分配mbuf去操作队列。
*/
/* Allocate and set up 1 RX queue per Ethernet port. */
for (q = 0; q < rx_rings; q++) {
retval = rte_eth_rx_queue_setup(port, q, nb_rxd,
rte_eth_dev_socket_id(port), NULL, mbuf_pool);
if (retval < 0)
return retval;
}
txconf = dev_info.default_txconf;
txconf.txq_flags = ETH_TXQ_FLAGS_IGNORE;
txconf.offloads = port_conf.txmode.offloads; // 这是一些配置数据的，内容先略过不看了
/* rte_eth_tx_queue_setup()
配置tx队列需要五个参数（不需要mempool）
1. port id
2. 发送队列的索引。要在[0, tx_queue - 1] 的范围内（先前rte_eth_dev_configure中配置的）
3. 为发送环分配的接收描述符数。（自定义环的大小）
4. socket id
5. 指向tx queue的配置数据的指针，结构体是rte_eth_txconf。
*/
/* Allocate and set up 1 TX queue per Ethernet port. */
for (q = 0; q < tx_rings; q++) {
retval = rte_eth_tx_queue_setup(port, q, nb_txd,
rte_eth_dev_socket_id(port), &txconf);
if (retval < 0)
return retval;
}
// 启动设备
// 设备启动步骤是最后一步，包括设置已配置的offload功能以及启动设备的发送和接收单元。成功时，可以调用以太网API导出的所有基本功能（链接状态，接收/发送等）。
/* Start the Ethernet port. */
retval = rte_eth_dev_start(port);
if (retval < 0)
return retval;
/* Display the port MAC address. */
struct ether_addr addr;
rte_eth_macaddr_get(port, &addr);
// #define PRIx8 "hhx"
// 十六进制数形式输出整数 一个h表示short，即short int ，两个h表示short short，即 char。%hhx用于输出char
printf("Port %u MAC: %02" PRIx8 " %02" PRIx8 " %02" PRIx8
" %02" PRIx8 " %02" PRIx8 " %02" PRIx8 "\n",
port,
addr.addr_bytes[0], addr.addr_bytes[1],
addr.addr_bytes[2], addr.addr_bytes[3],
addr.addr_bytes[4], addr.addr_bytes[5]);
/* Enable RX in promiscuous mode for the Ethernet device. */
rte_eth_promiscuous_enable(port); //设置网卡为混杂模式
// 指一台机器能够接收所有经过它的数据流，而不论其目的地址是否是他。
return 0;
}
lcore_main
/*
* The lcore main. This is the main thread that does the work, reading from
* an input port and writing to an output port.
*/
static __attribute__((noreturn)) void
lcore_main(void)
{
uint16_t port;
/*
* Check that the port is on the same NUMA node as the polling thread
* for best performance.
*/
// 当有NUMA结构时，检查网口是否在同一个NUMA node节点上，只有在一个NUMA node上时线程轮询的效率最好
RTE_ETH_FOREACH_DEV(port)
if (rte_eth_dev_socket_id(port) > 0 &&
rte_eth_dev_socket_id(port) !=
(int)rte_socket_id())
// 若以太网口所在的NUMA socket号与当前线程所在的 socket 号不同，报warming
printf("WARNING, port %u is on remote NUMA node to "
"polling thread.\n\tPerformance will "
"not be optimal.\n", port);
printf("\nCore %u forwarding packets. [Ctrl+C to quit]\n",
rte_lcore_id());
/* Run until the application is quit or killed. */
for (;;) {
/*
* Receive packets on a port and forward them on the paired
* port. The mapping is 0 -> 1, 1 -> 0, 2 -> 3, 3 -> 2, etc.
*/
/*
一个端口收到包，就立刻转发到另一个端口
0 和 1
2 和 3
……
*/
RTE_ETH_FOREACH_DEV(port) {
/* Get burst of RX packets, from first port of pair. */
struct rte_mbuf *bufs[BURST_SIZE];// mbuf的结构体 收到的包存在这里，也是要发出去的包
/* 收包函数：rte_eth_rx_burst 从以太网设备的接收队列中检索一连串（burst收发包机制）输入数据包。检索到的数据包存储在rte_mbuf结构中。
参数四个
1. port id （收到哪个网口）
2. 队列索引 （的哪一条队列），范围要在[0, rx_queue - 1] 的范围内（rte_eth_dev_configure中的）
3. 指向 rte_mbuf 结构的 指针数组 的地址。要够容纳第四个参数所表示的数目的指针。（把收到的包存在哪里？）
4. 要检索的最大数据包数
rte_eth_rx_burst()是一个循环函数，从RX队列中收包达到设定的最大数量为止。
收包操作：
1. 根据NIC的RX描述符信息，初始化rte_mbuf数据结构。
2. 将rte_mbuf（也就是数据包）存储到第三个参数所指示的数组的下一个条目。
3. 从mempool分配新的的rte_mbuf
*/
const uint16_t nb_rx = rte_eth_rx_burst(port, 0,
bufs, BURST_SIZE);
if (unlikely(nb_rx == 0)) // 返回值是实际收到的数据包数
continue;
/* Send burst of TX packets, to second port of pair. */
/* 发包函数：rte_eth_tx_burst 在由port id指示的以太网设备的传输队列（由索引指示）发送一连串输出数据包。
参数四个：
1. port id（从哪个网口）
2. 队列索引（的哪条队列发出），范围要在[0, tx_queue - 1] 的范围内（rte_eth_dev_configure中的）
3. 指向包含要发送的数据包的 rte_mbuf 结构的 指针数组 的地址。（要发送的包的内容在哪里）
4. 要发送的数据包的最大数量。
返回值是发送的包的数量。
发包操作：
1. 选择发包队列中下一个可用的描述符
2. 使用该描述符发送包，之后释放对应的mempool空间
3. 再根据 *rte_mbuf 初始化发送描述符
*/
const uint16_t nb_tx = rte_eth_tx_burst(port ^ 1, 0,
bufs, nb_rx); // port 异或 1 --> 0就和1是一对，2就和3是一对。
// 0 收到包就从 1 转发， 3 收到包 就从 2 口转发。
/* Free any unsent packets. */
// 用unlikely宏代表这种情况不太可能出现？
if (unlikely(nb_tx < nb_rx)) {
uint16_t buf;
for (buf = nb_tx; buf < nb_rx; buf++)
rte_pktmbuf_free(bufs[buf]);
}
}
}
}
头文件、宏、struct
/* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
* Copyright(c) 2010-2015 Intel Corporation
*/
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>
#include <rte_eal.h>
#include <rte_ethdev.h>
#include <rte_cycles.h>
#include <rte_lcore.h>
#include <rte_mbuf.h>
#define RX_RING_SIZE 1024 // 接收环大小
#define TX_RING_SIZE 1024 // 发送环大小
#define NUM_MBUFS 8191 // mbuf中的元素个数，推荐数量是2的幂次-1
#define MBUF_CACHE_SIZE 250 //
#define BURST_SIZE 32 // Burst收发包模式的一次完成多个数据包的收发 深入浅出P122
// struct里的点：非顺序初始化 https://blog.csdn.net/comwise/article/details/9087279
static const struct rte_eth_conf port_conf_default = { // 配置端口时使用的默认配置
.rxmode = {
.max_rx_pkt_len = ETHER_MAX_LEN,
.ignore_offload_bitfield = 1,
},
};
/* basicfwd.c: Basic DPDK skeleton forwarding example. */
总结
basicfw 由三个部分组成，它们之间的关系如下：
- main函数中先进行eal初始化以及分配mempool，然后转到端口初始化。
- port_init 中配置网卡，设置队列参数，开启设备。
- 回到main函数中，主线程开始转发。
main 函数
main函数的内容：
- 初始化 eal
- 以太网端口数需要为偶数（在这个程序中一个口接收，往另一个口转发）
- 分配mbuf
rte_pktmbuf_pool_create() - 初始化所有端口 转入
port_init(portid, mbuf_pool) - 调用主线程开始basicfwd。
端口初始化
配置端口的工作：
- 检查设备的port_id是否已连接
rte_eth_dev_is_valid_port(port)) - 得到以太网设备的信息
rte_eth_dev_info_get(port, &dev_info); - 配置网卡
rte_eth_dev_configure()主要要配置的内容是要给每个网卡配置多少个收发（Rx、Tx）队列。检查是否符合要求。 - 配置完网卡后，要setup队列。
rte_eth_rx_queue_setup为以太网设备分配和设置接收队列。要为Rx队列设置指向 mempool的指针。
rte_eth_tx_queue_setup为以太网设备分配和设置传输队列。可以设置传输队列的长度，传输的模式等。 - 启动设备：
rte_eth_dev_start(port)是最后一步 rte_eth_promiscuous_enable(port)设置网卡为混杂模式
主线程
主线程是一个死循环，只能强行中断来结束。
两个端口为一组，一个端口收到包，就立刻转发到另一个端口。例如 0 口收到包立刻从1 口转发出去，3 口收到包立刻从 2 口转发出去，等等。
- 在主线程里需要声明MBUF的结构体
struct rte_mbuf *bufs[BURST_SIZE]; - 收包函数：
rte_eth_rx_burst从指定的以太网设备的接收队列利用burst收发包机制接受一批数据包。检索到的数据包存储在rte_mbuf结构中。mbuf就是dpdk中用于存储网络数据包的缓冲区，mbuf是使用mempool来分配和回收内存的。mempool已经在端口初始化的函数中设置给了接收队列。 - 发包函数：
rte_eth_tx_burst从指定的以太网设备的发送队列发送一连串输出数据包。在代码中，发包函数参数中的mbuf数组就是收包函数收来的mbuf数组，也就是实现了原封不动的转发。 - 释放没有发的包
执行情况
需要绑定网卡，且只需要指定一个线程即可。
root@ubuntu:/home/chang/dpdk/examples/skeleton/build# ./basicfwd -l 1 -n 4
EAL: Detected 8 lcore(s)
EAL: No free hugepages reported in hugepages-1048576kB
EAL: Multi-process socket /var/run/.rte_unix
EAL: Probing VFIO support...
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 0000:02:02.0 on NUMA socket -1
EAL: Invalid NUMA socket, default to 0
EAL: probe driver: 8086:100f net_e1000_em
EAL: PCI device 0000:02:03.0 on NUMA socket -1
EAL: Invalid NUMA socket, default to 0
EAL: probe driver: 8086:100f net_e1000_em
EAL: PCI device 0000:02:04.0 on NUMA socket -1
EAL: Invalid NUMA socket, default to 0
EAL: probe driver: 8086:100f net_e1000_em
Port 0 MAC: 00 0c 29 f7 4d 25
Port 1 MAC: 00 0c 29 f7 4d 2f
Core 1 forwarding packets. [Ctrl+C to quit]
^C
参考 API 文档条目：
（进入http://doc.dpdk.org/api/index.html 后搜索下列链接）
mbuf、ethdev、lcore
sample guide
http://doc.dpdk.org/guides/sample_app_ug/skeleton.html
