隨著網絡的普及，為了滿足日益增長的需求、應對大量的用戶請求，對網絡流量的要求越來越高。而網絡通訊的的核心是報文的轉發，Linux通過內核協議棧進行轉發。在轉發的過程中，報文先進入內核區然后拷貝到用戶區，供給上層應用程序處理，再加上協議棧中嵌入了大量用于對接的接口，對性能也造成了大量消耗，不適合于處理大規模網絡數據包。

如果能讓應用程序直接接管網絡數據包處理、內存管理以及CPU調度，那么性能可以得到一個質的提升，因而DPDK技術應時而生。

Intel? DPDK全稱Intel Data Plane Development Kit，是intel提供的數據平面開發工具集，為Intel architecture（IA）處理器架構下用戶空間高效的數據包處理提供庫函數和驅動的支持，它不同于Linux系統以通用性設計為目的，而是專注于網絡應用中數據包的高性能處理。目前已經驗證可以運行在大多數Linux操作系統上，包括FreeBSD 9.2、Fedora release18、Ubuntu 12.04 LTS、RedHat Enterprise Linux 6.3和Suse EnterpriseLinux 11 SP2等。

DPDK應用程序是運行在用戶空間上利用自身提供的數據平面庫來收發數據包，繞過了Linux內核協議棧對數據包處理過程。Linux內核將DPDK應用程序看作是一個普通的用戶態進程，包括它的編譯、連接和加載方式和普通程序沒有什么兩樣。

1 DPDK實現原理

DPDK實現提升速度的主要模塊如下：

網絡模塊，傳統Linux網絡層數據包流程：硬件中斷—>向內核線程分發數據包—>軟件中斷—>線程在協議棧中處理數據包—>通知用戶層—>用戶層接收數據包—>網絡層—>邏輯層—>業務層。

DPDK網絡層數據包流程：硬件中斷—>放棄中斷—>用戶層通過設備映射接收數據包—>用戶層協議棧—>網絡層—>邏輯層—>業務層。

如上述流程所示，DPDK攔截中斷機制，不觸發后續中斷和流程流程，繞過協議棧直接從網卡驅動獲取到數據包，把包提交給用戶空間，減去了中斷和內核中內存拷貝消耗的時間，加快了數據包的處理速度。

內存管理模塊

HugePages相比默認4k頁表的優點：1、HugePages 會在系統啟動時，直接分配并保留對應大小的內存區域，沒有管理員的介入，是不會釋放和改變的。2、HugePages 不會swap，沒有頁表的換入和換出。3、降低Page Table查詢負載。4、由于虛擬內存需要兩步操作才能實際對應到物理內存地址，因此更少的Pages減輕了Page Table訪問熱度，避免了Page Table熱點瓶頸問題。

DPDK使用HugePage的思想就是讓程序盡量獨占內存防止內存換出，擴大頁表提高Hash命中率；此外，DPDK在內存分配上還可通過proc提供的內存信息，使CPU盡量使用靠近其所在NUMA節點的內存，避免訪問遠程內存影響效率。

內核管理模塊

Affinity是進程的一個屬性，這個屬性指明了進程調度器能夠把這個進程調度到哪些CPU上。在Linux中，可利用CPU Affinity 把一個或多個進程綁定到一個或多個CPU上。CPU Affinity分為2種，分別為soft affinitysoft affinity和hard affinity。soft affinity僅是一個建議，如果不可避免，調度器還是會把進程調度到其它的CPU上。hard affinity是調度器必須遵守的規則。

使用Affinity的優點：

1、增加CPU緩存的命中率。CPU之間是不共享緩存的，如果進程頻繁的在各個CPU間進行切換，需要不斷的使舊CPU的Cache失效。如果進程只在某個CPU上執行，則不會出現失效的情況。在多個線程操作的是相同的數據的情況下，如果把這些線程調度到一個處理器上，大大的增加了CPU緩存的命中率。

2、適合Time-Sensitive應用。在Real-Time或Time-Sensitive應用中，我們可以把系統進程綁定到某些CPU上，把應用進程綁定到剩余的CPU上。典型的設置是，把應用綁定到某個CPU上，把其它所有的進程綁定到其它的CPU上

2 OVS-DPDK和原生OVS對比

原生OVS數據流處理過程如下首先查看有沒有事先訂閱的事件，如果有直接轉交給該對應的處理函數，然后匹配流表，最后按照傳統網絡協議棧進行處理

1、數據包到達物理網卡后上傳給Datapath；

2、 Datapath 檢查緩存中的是否有Fast Path可以直接轉發這個包，如果在緩存中沒有找到記錄，內核通過Netlink將消息發送給用戶態。在用戶態有線程監聽消息，一旦有消息，則觸發用戶空間的數據包upcall處理；3、vswitchd檢查數據庫以查看數據包的目的端口位置； 4、vswitchd對未知路徑的數據包尋找流表規則，刷新內核態流表內容； 5、 將流表信息發送給Datapath，刷新內核態流表內容，重發數據包； 6、再次查詢流表，按照所獲取數據包精確轉發規則進行數據包轉發操作。 ? ?OVS-DPDK方式數據流處理如下

用戶態進程直接接管網卡收發的數據包，采用“IO獨占核”技術，即每個端口分配一個核專門用于數據收發，輪詢式處理方式代替中斷式處理，顯著提高IO性能。

3?DPDK技術在AWCloud產品中的應用AWCloud云計算管理平臺使用DPDK技術，配合CPU Affinity和HugePages技術，加速虛擬機和物理機處理數據包的速度。 產品中攜帶OVS-DPDK軟件，可用于替換原生OVS，在用戶進行開啟DPDK操作后，原OVS軟件包即刻進行卸載，更替為OVS-DPDK版本，調整所有OVS網橋相關設備的屬性，并且保留原有的OVS上的所有網橋、端口設備；該操作在物理機重啟后仍然生效。

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