【网络】DPDK的基本原理|DPDK和RDMA的区别
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作者bandaoyu,本文随时更新，原地址：https://blog.csdn.net/bandaoyu/article/details/112588762
DPDK和RDMA的区别结论
相同点：
1）两者均为kernel bypass技术，可以减少中断次数，消除内核态到用户态的内存拷贝；
相异点：
1）DPDK是将协议栈上移到用户态，而RDMA是将协议栈下沉到网卡硬件，DPDK仍然会消耗CPU资源；
2）DPDK的并发度取决于CPU核数，而RDMA的收包速率完全取决于网卡的硬件转发能力
3）DPDK在低负荷场景下会造成CPU的无谓空转，RDMA不存在此问题
4）DPDK用户可获得协议栈的控制权，可自主定制协议栈；RDMA则无法定制协议栈
DPDK是Intel主导，提供了基于用户态的数据链路层的功能，可以在上面构建出基于用户态的网络栈。实际使用中一个显然的缺点是只有poll功能，没有陷入中断来减少对CPU的消耗（空转问题）。
DPDK和RDMA的区别
（作者：异客z，链接：https://www.jianshu.com/p/09b4b756b833来源：简书）
DPDK
DPDK网络层：
硬件中断->放弃中断流程；
用户层通过设备映射取包->进入用户层协议栈->逻辑层->业务层；
核心技术：
1）将协议栈上移到用户态，利用UIO技术直接将设备数据映射拷贝到用户态
2）利用大页技术，降低TLB cache miss，提高TLB访问命中率
3）通过CPU亲和性，绑定网卡和线程到固定的core，减少cpu任务切换
4）通过无锁队列，减少资源的竞争
优势：
1）减少中断次数；
2）减少内存拷贝次数
3）绕过linux的协议栈，用户获得协议栈的控制权，能够定制化协议栈以降低复杂度；
劣势：
1）内核栈转移至用户层增加了开发成本
2）低负荷服务器不实用，会造成cpu空转
RDMA
网卡硬件收发包并进行协议栈封装/解析，然后将数据存放到指定内存地址，而不需要CPU干预。
核心技术：
协议栈硬件offload
优势：
1）协议栈offload，解放cpu
2）减少了中断和内存拷贝，降低时延
3）高带宽
劣势：
1）特定网卡才支持，成本开销相对较大；
2）RDMA提供了完全不同于传统网络编程的API，一般需要对现有APP进行改造，引入额外开发成本
总结
相同点：
1）两者均为kernel bypass技术，可以减少中断次数，消除内核态到用户态的内存拷贝；
相异点：
1）DPDK是将协议栈上移到用户态，而RDMA是将协议栈下沉到网卡硬件，DPDK仍然会消耗CPU资源；
2）DPDK的并发度取决于CPU核数，而RDMA的收包速率完全取决于网卡的硬件转发能力
3）DPDK在低负荷场景下会造成CPU的无谓空转，RDMA不存在此问题
4）DPDK用户可获得协议栈的控制权，可自主定制协议栈；RDMA则无法定制协议栈
DPDK是Intel主导，提供了基于用户态的数据链路层的功能，可以在上面构建出基于用户态的网络栈。实际使用中一个显然的缺点是只有poll功能，没有陷入中断来减少对CPU的消耗（空转问题）。
DPDK的基本原理
原文：DPDK的基本原理_80后IT老飞侠-CSDN博客_dpdk
网络设备（路由器、交换机、媒体网关、SBC、PS网关等）需要在瞬间进行大量的报文收发，因此在传统的网络设备上，往往能够看到专门的NP（Network Process）处理器，有的用FPGA，有的用ASIC。这些专用器件通过内置的硬件电路（或通过编程形成的硬件电路）高效转发报文，只有需要对报文进行深度处理的时候才需要CPU干涉。
但在公有云、NFV等应用场景下，基础设施以CPU为运算核心，往往不具备专用的NP处理器，操作系统也以通用Linux为主，网络数据包的收发处理路径如下图所示：
在虚拟化环境中，路径则会更长
由于包处理任务存在内核态与用户态的切换，以及多次的内存拷贝，系统消耗变大，以CPU为核心的系统存在很大的处理瓶颈。为了提升在通用服务器（COTS）的数据包处理效能，Intel推出了服务于IA（Intel Architecture）系统的DPDK技术。
DPDK是Data Plane Development Kit的缩写。简单说，DPDK应用程序运行在操作系统的User Space，利用自身提供的数据面库进行收发包处理，绕过了Linux内核态协议栈，以提升报文处理效率。
DPDK是一组lib库和工具包的集合。最简单的架构描述如下图所示：
上图蓝色部分是DPDK的主要组件（更全面更权威的DPDK架构可以参考Intel官网），简单解释一下：
- PMD：Pool Mode Driver，轮询模式驱动，通过非中断，以及数据帧进出应用缓冲区内存的零拷贝机制，提高发送/接受数据帧的效率
- 流分类：Flow Classification，为N元组匹配和LPM（最长前缀匹配）提供优化的查找算法
- 环队列：Ring Queue，针对单个或多个数据包生产者、单个数据包消费者的出入队列提供无锁机制，有效减少系统开销
- MBUF缓冲区管理：分配内存创建缓冲区，并通过建立MBUF对象，封装实际数据帧，供应用程序使用
- EAL：Environment Abstract Layer，环境抽象（适配）层，PMD初始化、CPU内核和DPDK线程配置/绑定、设置HugePage大页内存等系统初始化
这么说可能还有一点点抽象，再总结一下DPDK的核心思想：
- 用户态模式的PMD驱动，去除中断，避免内核态和用户态内存拷贝，减少系统开销，从而提升I/O吞吐能力
- 用户态有一个好处，一旦程序崩溃，不至于导致内核完蛋，带来更高的健壮性
- HugePage，通过更大的内存页（如1G内存页），减少TLB（Translation Lookaside Buffer，即快表） Miss，Miss对报文转发性能影响很大
- 多核设备上创建多线程，每个线程绑定到独立的物理核，减少线程调度的开销。同时每个线程对应着独立免锁队列，同样为了降低系统开销
- 向量指令集，提升CPU流水线效率，降低内存等待开销
下图简单描述了DPDK的多队列和多线程机制：
DPDK将网卡接收队列分配给某个CPU核，该队列收到的报文都交给该核上的DPDK线程处理。存在两种方式将数据包发送到接收队列之上：
- RSS（Receive Side Scaling，接收方扩展）机制：根据关键字，比如根据UDP的四元组<srcIP><dstIP><srcPort><dstPort>进行哈希
- Flow Director机制：可设定根据数据包某些信息进行精确匹配，分配到指定的队列与CPU核
当网络数据包（帧）被网卡接收后，DPDK网卡驱动将其存储在一个高效缓冲区中，并在MBUF缓存中创建MBUF对象与实际网络包相连，对网络包的分析和处理都会基于该MBUF，必要的时候才会访问缓冲区中的实际网络包
以上就是DPDK的基础知识，关于如何在应用程序中使用DPDK，以及系统应该如何针对报文收发的成熟优化方式，后面一边学习与实践，一边记录。
