Netmap to VALE—— 从高性能网络框架到高性能虚拟网络交换机

       我在上一篇文章也提到过。对于全虚拟化和半虚拟化。须要分配给虚拟机一个虚拟网络接口，这些就须要一个虚拟交换机vswitch(能够和hypervisor一同使用)。从而将虚拟网络接口的数据包从物理接口转发出去。可是在复杂的系统中，这个虚拟交换机的性能往往并不好。开源项目netmap[1]做了一个高性能网络框架，而且相同使用这个原理完毕了高性能虚拟网络交换机vale的设计[2]，在多种场景下Vale測量的性能[3]也很好。

        note:因为项目须要。我经常思考一个高性能的虚拟交换机应该怎么做。从netmap和Vale这些设计和论述中我受益匪浅。我把我浅薄的理解记录并分享，希望也能给大家帮助。

Netmap

因为官网上介绍的已经非常具体了。我这里简单描写叙述。

Netmap 框架是一个用于网络硬件和应用程序的高性能通信的通道，基于共享内存机制。能够将Netmap和Linux网络编程[4]须要用到的系统调用(read。write)进行对照，他们所要完毕的功能是类似的。相对于系统调用，netmap的主要特点在于：buffer分配和数据复制的开销没有了，这是由于使用了共享内存而且提前分配了buffer。

那么问题是程序是怎么使用netmap机制的呢？通过在程序里面打开一个特殊的文件/dev/netmap，获得一个文件描写叙述符，而且使用ioctl()系统调用选择一个设备，然后应该能够获取一块region，然后使用mmap()将文件描写叙述符相应的文件相应到那个region。

netmap是作为内核模块来实施的。主要包含两部分。一是功能，实现了那些open,close,ioctl,poll/select等基本功能。另外一个是与设备相关的部分，netmap延伸了驱动的功能。负责数据传输（send/receive）(仅仅要传输描写叙述符ring的元数据)。由于做到了zero copy，所以可以达到高性能。

send（read）系统调用步骤例如以下:

netmap send（read）的工作原理例如以下:

VALE原理

Netmap机制是实现VALE(Virtual local ethernet）高性能的核心所在。

VALE事实上就是一个虚拟本地以太网交换机。它给它的每一个 用户(hypervisor或者process)提供一个虚拟的网络接口(能够通过netmap的api来訪问)。核心工作还是在netmap backend端。须要在后端添加交换机的逻辑。比方转发学习逻辑。然后进一步优化。

VALE作用于vSwitch的拓扑例如以下：

 到如今为止Netmap已经列入了FreeBSD的内核。可是在linux以下使用还是须要编译这个模块并载入。

參考资料

[1]http://info.iet.unipi.it/~luigi/netmap/

[2]http://info.iet.unipi.it/~luigi/vale/
[3]http://info.iet.unipi.it/~luigi/papers/20121026-vale.pdf

[4]《Unix 网络编程》

p.s.由于仅仅看过Vale的那篇论文。然后略微浏览了下网页，认识不深刻。写的过于简单。想进一步了解的去官网应该能够学到非常多~~

VALE作用于vSwitch的拓扑例如以下