（六）DPDK-l2fwd

 概述

在计算机网络中，二层是链路层，是以太网所在的层，识别的是设备端口的MAC地址。

DPDK作为用户态驱动，主要的目的也就是不需要让报文经过操作系统协议栈而能实现快速的转发功能。

网卡驱动在二层上的作用就是根据设定的目的端口，转发报文到目的端口

程序流程

程序的主要流程如下：

每个逻辑核在任务分发后会执行如下的循环，直到退出

其中打印时间片在命令行参数中是可以自己设置的 

代码分析

运行参数：-c 1 -n 2 -- -q 1  -p 1

• -c：指定分配给DPDK使用的逻辑数，我只是使用一个核
• -n：每个CPU的内存通道数
• --：之后表示为次参数
• -q：每个CPU管理的队列数，这里设置为一个队列
• -p：使用的端口，我测试的时候使用第一个端口

 

main

 init EAL  注册信号处理函数

    ret = rte_eal_init(argc, argv); //解析 EAL 的参数
	if (ret < 0)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL arguments\n");


	//当解析完了EAL的参数之后，argc减去EAL参数的个数同时argv后移这么多位，
	//这样就能保证后面解析程序参数的时候跳过了前面的EAL参数。	
	argc -= ret;   
	argv += ret;

	force_quit = false;
	signal(SIGINT, signal_handler);
	signal(SIGTERM, signal_handler);

other init 

解析参数

	ret = l2fwd_parse_args(argc, argv); // 解析 l2fwd 的运行参数
	if (ret < 0)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid L2FWD arguments\n");

	printf("MAC updating %s\n", mac_updating ? "enabled" : "disabled");  // 默认开启 mac updating 这一功能。

获取主频网口数

检查掩码和可用网口数量是否有冲突

重置使能端口列表

	/* convert to number of cycles */
	timer_period *= rte_get_timer_hz(); // 获得CPU主频，单位hz (1s多少个cycle)，位于rte_cycles.h

	nb_ports = rte_eth_dev_count_avail();  //网口数量
	if (nb_ports == 0)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "No Ethernet ports - bye\n");

	/* check port mask to possible port mask */
	if (l2fwd_enabled_port_mask & ~((1 << nb_ports) - 1))  //检查掩码和可用网口数量是否有冲突
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid portmask; possible (0x%x)\n",
			(1 << nb_ports) - 1);

	/* reset l2fwd_dst_ports */
	for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++)
		l2fwd_dst_ports[portid] = 0; //先重置使能端口列表
	last_port = 0;

设置目的端口 

每个逻辑核心在每个端口上分配一个专用的tx队列。

	RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {  // 使用RTE_ETH_FOREACH_DEV()宏来访问所有的 ethdev
		/* skip ports that are not enabled */
		if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
			continue;

		if (nb_ports_in_mask % 2) {
			l2fwd_dst_ports[portid] = last_port;
			l2fwd_dst_ports[last_port] = portid;
		}
		else
			last_port = portid;

		nb_ports_in_mask++; //这些逻辑可以实现 basicfwd 那样的一对对端口互相转发
	}
	if (nb_ports_in_mask % 2) {
		printf("Notice: odd number of ports in portmask.\n");
		l2fwd_dst_ports[last_port] = last_port;  // 如果是奇数个端口，会有最后一个端口的 dst_port 是自己
	}

在每一个端口上，配置逻辑核、配置队列

	rx_lcore_id = 0; // 从逻辑核心id 0开始
	qconf = NULL;

	/* Initialize the port/queue configuration of each logical core */
	// 在每一个端口上，配置逻辑核、配置队列。
    /*
	  	for (p = rte_eth_find_next_owned_by(0, o); \
	     (unsigned int)p < (unsigned int)RTE_MAX_ETHPORTS; \
	     p = rte_eth_find_next_owned_by(p + 1, o))
	 */
	RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
		/* skip ports that are not enabled */
		if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
			continue;

		/* get the lcore_id for this port */
		// 为该端口配置一个逻辑核。
		while (rte_lcore_is_enabled(rx_lcore_id) == 0 ||
		       lcore_queue_conf[rx_lcore_id].n_rx_port ==
		       l2fwd_rx_queue_per_lcore) {
		    /*从lcore id = 0 开始循环：
            如果：如果该 lcore id 有效（已经被占用），则检查下一个逻辑核。
            如果: lcore 是空闲的，要检查该 lcore 上绑定了多少个端口，
			如果到达了最大端口数量限制也会循环。*/
			rx_lcore_id++;
			if (rx_lcore_id >= RTE_MAX_LCORE) // RTE_MAX_LCORE 宏 64
				rte_exit(EXIT_FAILURE, "Not enough cores\n"); // 逻辑核心不足
		}
        // 跳出循环时，rx_lcore_id 变量存储了一个可用的 lcore id，绑定该端口到这个 lcore
		if (qconf != &lcore_queue_conf[rx_lcore_id]) {
			/* Assigned a new logical core in the loop above. */
			qconf = &lcore_queue_conf[rx_lcore_id];
			nb_lcores++;
			// qconf 是一个指针，指向当前进行配置的 lcore 的，用于存放配置信息的结构体  
		}

		qconf->rx_port_list[qconf->n_rx_port] = portid;
		qconf->n_rx_port++;
		// 绑定就是在这个核处理的端口列表中加上当前这个端口，然后该核绑定的端口数加 1。
		printf("Lcore %u: RX port %u\n", rx_lcore_id, portid);
	}

	nb_mbufs = RTE_MAX(nb_ports * (nb_rxd + nb_txd + MAX_PKT_BURST +
		nb_lcores * MEMPOOL_CACHE_SIZE), 8192U);
		// mbuf中的元素个数，取 8192 和 
		//（端口数 * （队列长度 * 2 + 一个 Burst 的 pkt 数量 + 逻辑核数 * cache size））
		// 两者中较大的一个。

初始化内存池

	/* create the mbuf pool */
	// 初始化内存池，用于 rx 队列接收 pkt 
	l2fwd_pktmbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("mbuf_pool", nb_mbufs,
		MEMPOOL_CACHE_SIZE, 0, RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE,
		rte_socket_id());
	if (l2fwd_pktmbuf_pool == NULL)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot init mbuf pool\n");

初始化每一个端口

	/* Initialise each port */
	// 初始化每一个端口
	RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
		struct rte_eth_rxconf rxq_conf; // rx queue 的配置信息
		struct rte_eth_txconf txq_conf; // tx queue 的配置信息
		struct rte_eth_conf local_port_conf = port_conf; // 配置端口时使用的配置信息
		struct rte_eth_dev_info dev_info;// 以太网设备的信息

		/* skip ports that are not enabled */
		if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0) {
			printf("Skipping disabled port %u\n", portid);
			continue;
		}
		nb_ports_available++;

		/* init port */
		printf("Initializing port %u... ", portid);
		fflush(stdout); // 清除写缓冲区，强迫未写入磁盘的内容立即写入
		rte_eth_dev_info_get(portid, &dev_info); // 获取以太网设备信息
		if (dev_info.tx_offload_capa & DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE)
			local_port_conf.txmode.offloads |=
				DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE; // mbuf fast free，支持快速发包
		ret = rte_eth_dev_configure(portid, 1, 1, &local_port_conf); // 配置收发队列各 1 条
         /*本程序中，Rx队列只能有一条，确保一个 lcore 负责轮询一个 port
         Tx 队列则可以根据可用的 lcore 数目更改。*/

		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%u\n",
				  ret, portid);

		ret = rte_eth_dev_adjust_nb_rx_tx_desc(portid, &nb_rxd,
						       &nb_txd);
		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE,
				 "Cannot adjust number of descriptors: err=%d, port=%u\n",
				 ret, portid);

		rte_eth_macaddr_get(portid,&l2fwd_ports_eth_addr[portid]);// 获取设备的MAC地址，写在后一个结构体里

		/* init one RX queue */
		// 配置 rx 队列
		fflush(stdout);
		rxq_conf = dev_info.default_rxconf;
		rxq_conf.offloads = local_port_conf.rxmode.offloads;
		ret = rte_eth_rx_queue_setup(portid, 0, nb_rxd,
					     rte_eth_dev_socket_id(portid),
					     &rxq_conf,
					     l2fwd_pktmbuf_pool);
		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup:err=%d, port=%u\n",
				  ret, portid);

		/* init one TX queue on each port */
		// 每个 port 配置一条 tx 队列
		fflush(stdout);
		txq_conf = dev_info.default_txconf;
		txq_conf.offloads = local_port_conf.txmode.offloads;
		ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd,
				rte_eth_dev_socket_id(portid),
				&txq_conf);
		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup:err=%d, port=%u\n",
				ret, portid);

		/* Initialize TX buffers */
		// 为每个端口的 Tx 分配发送缓冲区
		tx_buffer[portid] = rte_zmalloc_socket("tx_buffer",
				RTE_ETH_TX_BUFFER_SIZE(MAX_PKT_BURST), 0,  // 宏RTE_ETH_TX_BUFFER_SIZE(x) ：计算 tx buffer 的 size，参数x是包的个数
				rte_eth_dev_socket_id(portid));// 为 tx buffer 分配空间。 
				
		if (tx_buffer[portid] == NULL)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot allocate buffer for tx on port %u\n",
					portid);

		rte_eth_tx_buffer_init(tx_buffer[portid], MAX_PKT_BURST); // 初始化 Tx buffer，参数是 buffer 指针和 buffer size。
        /* rte_eth_tx_buffer_set_err_callback() 对于不能被发送的 pkt 配置回调函数。
        在尝试发送一个 tx buffer 的所有 pkt，遇到问题不能全部成功发送，就会触发设置好的回调函数。
        默认行为是丢包。如果要其他的行为（例如重传，计数）则需要额外的代码。也有设置好的API例如rte_eth_count_unsent_packet_callback()等，和本函数中用的也是。
        参数 1. tx_buffer 指针，2.回调函数的指针。3. 回调函数的参数
        */


		ret = rte_eth_tx_buffer_set_err_callback(tx_buffer[portid],
				rte_eth_tx_buffer_count_callback,  // 丢包，并更新计数器
				&port_statistics[portid].dropped); // 计数器的指针放到第三个参数
		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE,
			"Cannot set error callback for tx buffer on port %u\n",
				 portid);

		/* Start device */
		// 启用设备
		ret = rte_eth_dev_start(portid);

		if (ret < 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_dev_start:err=%d, port=%u\n",
				  ret, portid);

		printf("done: \n");

		rte_eth_promiscuous_enable(portid); // 混杂模式

		printf("Port %u, MAC address: %02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X\n\n",
				portid,
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[0],
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[1],
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[2],
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[3],
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[4],
				l2fwd_ports_eth_addr[portid].addr_bytes[5]);

		/* initialize port stats */
		memset(&port_statistics, 0, sizeof(port_statistics));
	}

	if (!nb_ports_available) {
		rte_exit(EXIT_FAILURE,
			"All available ports are disabled. Please set portmask.\n");
	}

检查所有链路的状态

	check_all_ports_link_status(l2fwd_enabled_port_mask); // 检查所有链路的状态，可以参考 flow_filtering

分配所有 lcore 执行函数

	ret = 0;
	/* launch per-lcore init on every lcore */
	// 这里就是DPDK的典型执行方法，分配所有 lcore 执行函数
	rte_eal_mp_remote_launch(l2fwd_launch_one_lcore, NULL, CALL_MASTER);
	RTE_LCORE_FOREACH_SLAVE(lcore_id) {
		if (rte_eal_wait_lcore(lcore_id) < 0) {
			ret = -1;
			break;
		}
	}

ctrl+c or kill 退出

	RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid) {
		if ((l2fwd_enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
			continue;
		printf("Closing port %d...", portid);
		rte_eth_dev_stop(portid);
		rte_eth_dev_close(portid);
		printf(" Done\n");
	}
	printf("Bye...\n");

	return ret;

 

l2fwd_main_loop 

获取id  剔除多余lcore 打印信息

    //获取自己的lcore_id
	lcore_id = rte_lcore_id();  // 获取自己的 lcore id
	qconf = &lcore_queue_conf[lcore_id];

    //分配后多余的lcore  剔除
	if (qconf->n_rx_port == 0) {   // 因为对每一个 lcore 都执行 main 线程，如果该 lcore 上没有绑定端口，就无事可做。
		RTE_LOG(INFO, L2FWD, "lcore %u has nothing to do\n", lcore_id);
		return;
	}

	RTE_LOG(INFO, L2FWD, "entering main loop on lcore %u\n", lcore_id);
    
	//打印信息
	for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) {

		portid = qconf->rx_port_list[i];
		RTE_LOG(INFO, L2FWD, " -- lcoreid=%u portid=%u\n", lcore_id,
			portid); // 显示一下 lcore 和 port 的对应关系

	}

收发循环

	while (!force_quit) {

		cur_tsc = rte_rdtsc();  // 获取从开机起至当前的时间戳

		/*
		 * TX burst queue drain 
		 * 发送逻辑
		 */
		diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
		if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {  // 时间到了
            //如果tx_buffer满，会发送一批 pkt 出去。
			//如果没满，为了保证没有没被发出的 pkt，所以每个一小段时间，也会发送队列中的包
			for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) { // 对 lcore 负责的每个端口

				portid = l2fwd_dst_ports[qconf->rx_port_list[i]]; // 与之配对的端口
				buffer = tx_buffer[portid];

				sent = rte_eth_tx_buffer_flush(portid, 0, buffer);  // 将 buffer 里的 pkt 全部从 port id 的 0号 Tx queue 发出去
				if (sent)  // 返回值是成功发出的 pkt 数量
					port_statistics[portid].tx += sent;

			}

			/* if timer is enabled */
			if (timer_period > 0) {

				/* advance the timer */
				timer_tsc += diff_tsc;

				/* if timer has reached its timeout */
				if (unlikely(timer_tsc >= timer_period)) {

					/* do this only on master core */
					if (lcore_id == rte_get_master_lcore()) { // 如果计时器到了，就打印一下信息。只在主核心打印信息
						print_stats();
						/* reset the timer */
						timer_tsc = 0;
					}
				}
			}

			prev_tsc = cur_tsc;
		}

		/*
		 * Read packet from RX queues
		 * 接收逻辑
		 */
		for (i = 0; i < qconf->n_rx_port; i++) { // 对 lcore 负责的每个端口

			portid = qconf->rx_port_list[i]; // 获取端口号
			nb_rx = rte_eth_rx_burst(portid, 0, 
						 pkts_burst, MAX_PKT_BURST); // 收包，收到该端口的 0 号 rx queue

			port_statistics[portid].rx += nb_rx;// 更新端口上的收包计数器

			for (j = 0; j < nb_rx; j++) { // 对每一个包
				m = pkts_burst[j];  // 包的 mbuf 指针
				// Prefetch: 预取一个 cache 行。参数是要取的地址，类型 void *
                // rte_pktmbuf_mtod：返回 mbuf 中 data 的起始地址
				rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(m, void *));
				l2fwd_simple_forward(m, portid); // 收包后进行 L2fwd !!
			}
		}
	}

 

l2fwd_simple_forward

（替换源MAC地址和目的MAC地址）

static void
l2fwd_simple_forward(struct rte_mbuf *m, unsigned portid)
{
	unsigned dst_port;
	int sent;
	struct rte_eth_dev_tx_buffer *buffer;

	dst_port = l2fwd_dst_ports[portid];  // 与之配对的端口

	if (mac_updating) // 如果开启了 mac updating 模式
		l2fwd_mac_updating(m, dst_port); // 调整 MAC 地址

	buffer = tx_buffer[dst_port]; // 该端口的 tx_buffer
	sent = rte_eth_tx_buffer(dst_port, 0, buffer, m); // 将收到的包缓存在 tx_buffer 里，用于未来的发送。
	// 返回值 如果为0，表示 pkt 已经被缓存
    // 返回值 N>0，表示由于缓冲区被flush导致N个pkt被发送。
	if (sent)
		port_statistics[dst_port].tx += sent;
}

其他：http://www.voidcn.com/article/p-fcmyhcmn-bhy.html