DPDK — 在 NFV 中的應用

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DPDK 在 NFV 中的應用

NFV 通過在通用 x86 架構硬件上運行的虛擬化網絡功能(VNF),爲電信運營商和互聯網服務商提供了一種靈活的業務部署手段和高效的組網方案,可以支持固/移網絡和 IDC 中 NAT、DPI、EPC、FW 等各類業務功能的靈活部署與彈性擴展。

不同於典型數據中心業務和企業網業務,電信廣域網業務要求網元(如 BNG、DPI 等)具有高吞吐、低時延、海量流表支持、用戶級 QoS 控制的特點。大量實踐表明,通用 x86 服務器作爲 NFV 基礎設施用於高轉發業務時,面臨着嚴重的數據包轉發性能瓶頸,需要有針對性地從硬件架構、系統 I/O、操作系統、虛擬化層、組網與流量調度、VNF 功能等層面進行性能優化,才能達到各類 NFV 網絡業務的高性能轉發要求。

根據 ETSI 的 NFV 參考架構,現實中的 NFV 應用系統一般由 NFV 基礎設施(VIM)和 VNF 兩類系統服務商提供。因此,相應的 NFV 端到端性能測試,也應劃分爲底層的 VIM 性能與上層的 VNF 性能兩類,以明確各自的性能瓶頸,並避免性能調優工作相互干擾。

在 VIM 層面,由於採用了軟件轉發和軟件交換技術,單個物理服務器內部的數據轉發能力是 NFV 的主要性能瓶頸。在各類高速轉發的 NFV 應用中,數據報文從網卡中接收,再傳送到虛擬化的用戶態應用程序處理。整個過程要經歷 CPU 中斷處理、虛擬化 I/O 與地址映射轉換、虛擬交換層、內核協議棧、內核上下文切換、內存拷貝等多個費時的 CPU 操作和 I/O 處理環節。面對這樣的性能損耗問題,業內通常採用消除海量中斷、內核旁路協議棧、減少內存拷貝、CPU 多核任務分擔、Intel VT 等技術來綜合提升服務器數據平面的報文處理性能。但由於技術棧複雜,普通用戶較難掌握,業界迫切需要一種綜合的性能優化方案,同時提供良好的用戶開發和商業集成環境。

在 VIM 層的各類性能優化技術方案中,DPDK 加速技術方案成爲其中的典型代表。DPDK 以用戶數據 I/O 通道優化爲基礎,結合了 Intel VT 技術、操作系統、虛擬化層與 vSwitch 等多種優化方案,已經形成了完善的性能加速整體架構,並提供了用戶態 API 供高速轉發類應用訪問。
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