dpdk20.11.1学习-2.skeleton

Posted 2022-02-03 龚喜发财+1

一.skeleton功能

基础的二层转发工具。将偶数个网口进行配对，从0接收到的包转发到1口中，从1接收到的包转发到0口中，以此类推。所以端口数需要是偶数个！，仅仅从一个网口抓取数据包转发到另外一个网口，这样做双向转发，相当于桥的功能。其他基础业务都不做。
该例程用到了内存缓冲池mbuf_pool以及mbuf进行接包转包。

二.编译及运行结果

cd examples/skeleton
make
cd build
sudo ./basicfwd

结果

EAL: Detected 1 lcore(s)
EAL: Detected 1 NUMA nodes
EAL: Detected shared linkage of DPDK
EAL: Multi-process socket /var/run/dpdk/rte/mp_socket
EAL: Selected IOVA mode 'PA'
EAL: No available hugepages reported in hugepages-1048576kB
EAL: Probing VFIO support...
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL: Probe PCI driver: net_e1000_em (8086:100f) device: 0000:02:06.0 (socket 0)
EAL: Error reading from file descriptor 10: Input/output error
EAL:   Invalid NUMA socket, default to 0
EAL: Probe PCI driver: net_e1000_em (8086:100f) device: 0000:02:07.0 (socket 0)
EAL: Error reading from file descriptor 18: Input/output error
EAL: No legacy callbacks, legacy socket not created
EAL: Error enabling interrupts for fd 10 (Input/output error)
Port 0 MAC: 00 0c 29 9b cf 5b
EAL: Error enabling interrupts for fd 18 (Input/output error)
Port 1 MAC: 00 0c 29 9b cf 65

Core 0 forwarding packets. [Ctrl+C to quit]

三.源码分析

1.头文件引用及宏定义

#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>
#include <rte_eal.h>
#include <rte_ethdev.h>
#include <rte_cycles.h>
#include <rte_lcore.h>
#include <rte_mbuf.h>

#define RX_RING_SIZE 1024   //接收环的大小
#define TX_RING_SIZE 1024   //发送环的大小

#define NUM_MBUFS 8191//每个网口可以挂最多NUM_MBUFS个包（rx+tx）
#define MBUF_CACHE_SIZE 250//与内存以及高速缓存起有关
#define BURST_SIZE 32  //调用一次函数，从物理层获取的最大包数量


//网口默认配置，RX接收的数据包大小默认为ETHER链路帧包的最大值（MTU）
//以太网端口使用rte_eth_dev_configure()函数和port_conf_default结构以默认设置进行配置 ：
static const struct rte_eth_conf port_conf_default = 
	.rxmode = 
		.max_rx_pkt_len = RTE_ETHER_MAX_LEN,
	,
;

2.端口初始化port_init

/* basicfwd.c: Basic DPDK skeleton forwarding example. */

/*
 * Initializes a given port using global settings and with the RX buffers
 * coming from the mbuf_pool passed as a parameter.
 */
 //基本转发应用程序中使用的端口初始化的主要功能部分
 //1.获取可用 eth 的个数
//2.配置网卡设备
//3.每个 port 1 个 rx 队列
//4.每个 port 1 个 tx 队列
//5.启用网卡设备
//6.设置网卡混杂模式
static inline int
port_init(uint16_t port, struct rte_mempool *mbuf_pool)

	struct rte_eth_conf port_conf = port_conf_default;//初始化网卡配置，这个rte_eth_conf结构体在配置网卡时要用到,
	const uint16_t rx_rings = 1, tx_rings = 1;//每个网卡的 接收发送队列的数量
	uint16_t nb_rxd = RX_RING_SIZE;//初始化当前接收队列容量
	uint16_t nb_txd = TX_RING_SIZE;//初始化当前发送队列容量
	int retval;//函数返回值，临时变量
	uint16_t q;//临时变量，队列号
	struct rte_eth_dev_info dev_info;// 用于获取以太网设备的信息，setup queue 时用到
	struct rte_eth_txconf txconf;// setup tx queue 时用到

	if (!rte_eth_dev_is_valid_port(port))//判断当前PORT号是否合法
		return -1;
	
	retval = rte_eth_dev_info_get(port, &dev_info); //查询以太网设备的信息，参数port指示以太网设备的网口标识符，第二个参数指向要填充信息的类型rte_eth_dev_info的结构的指针，如果成功则返回0，其余情况视错误情况返回
	if (retval != 0) //如果获取失败则报错并返回该retval
		printf("Error during getting device (port %u) info: %s\\n",
				port, strerror(-retval));
		return retval;
	

	if (dev_info.tx_offload_capa & DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE)
		port_conf.txmode.offloads |=
			DEV_TX_OFFLOAD_MBUF_FAST_FREE;

    //配置以太网设备
	/* Configure the Ethernet device. */
	// rte_eth_dev_configure() 
    /* 四个参数
        1. port id
        2. 要给该网卡配置多少个收包队列 这里是一个
        3. 要给该网卡配置多少个发包队列 也是一个
        4. 结构体指针类型 rte_eth_conf *
    */
	retval = rte_eth_dev_configure(port, rx_rings, tx_rings, &port_conf);
	if (retval != 0)
		return retval;
		
    检查Rx和Tx描述符的数量是否满足以太网设备信息中的描述符限制，否则将它们调整为边界。
	retval = rte_eth_dev_adjust_nb_rx_tx_desc(port, &nb_rxd, &nb_txd);
	if (retval != 0)
		return retval;

    //每个以太网端口分配并设置1个RX队列
    //使用rte_eth_rx_queue_setup()和rte_eth_tx_queue_setup()功能将端口设置为1个RX和1个TX队列 
	/* Allocate and set up 1 RX queue per Ethernet port. */
	/*  rte_eth_rx_queue_setup()
    配置rx队列需要六个参数
        1. port id
        2. 接收队列的索引。要在[0, rx_queue - 1] 的范围内（先前rte_eth_dev_configure中配置的）
        3. 为接收环分配的接收描述符数。（环的大小）
        4. socket id。 如果是 NUMA 架构 就使用 rte_eth_dev_socket_id(port)获取port所对应的以太网设备所连接上的socket的id；若不是NUMA，该值可以是宏SOCKET_ID_ANY
        5. 指向rx queue的配置数据的指针。如果是NULL，则使用默认配置。
        6. 指向内存池mempool的指针，从中分配mbuf去操作队列。
    */

	for (q = 0; q < rx_rings; q++) 
		retval = rte_eth_rx_queue_setup(port, q, nb_rxd,
				rte_eth_dev_socket_id(port), NULL, mbuf_pool);
		if (retval < 0)
			return retval;
	

	txconf = dev_info.default_txconf;
	txconf.offloads = port_conf.txmode.offloads;

    //每个以太网端口分配并设置1个TX队列
	/* Allocate and set up 1 TX queue per Ethernet port. */
	/* rte_eth_tx_queue_setup()
    配置tx队列需要五个参数（不需要mempool）
        1. port id
        2. 发送队列的索引。要在[0, tx_queue - 1] 的范围内（先前rte_eth_dev_configure中配置的）
        3. 为发送环分配的接收描述符数。（自定义环的大小）
        4. socket id
        5. 指向tx queue的配置数据的指针，结构体是rte_eth_txconf。
    */
	for (q = 0; q < tx_rings; q++) 
		retval = rte_eth_tx_queue_setup(port, q, nb_txd,
				rte_eth_dev_socket_id(port), &txconf);
		if (retval < 0)
			return retval;
	

//开始以太网端口
	/* Start the Ethernet port. */
	retval = rte_eth_dev_start(port);
	if (retval < 0)
		return retval;

//展示MAC地址
	/* Display the port MAC address. */
	struct rte_ether_addr addr;
	retval = rte_eth_macaddr_get(port, &addr);
	if (retval != 0)
		return retval;

	printf("Port %u MAC: %02" PRIx8 " %02" PRIx8 " %02" PRIx8
			   " %02" PRIx8 " %02" PRIx8 " %02" PRIx8 "\\n",
			port,
			addr.addr_bytes[0], addr.addr_bytes[1],
			addr.addr_bytes[2], addr.addr_bytes[3],
			addr.addr_bytes[4], addr.addr_bytes[5]);

//在混杂模式下为以太网设备启用RX
	/* Enable RX in promiscuous mode for the Ethernet device. */
	retval = rte_eth_promiscuous_enable(port);
	if (retval != 0)
		return retval;

	return 0;

3.lcore_main函数，即线程执行的函数

//这是完成工作的主线程，它从输入端口读取并写入输出端口。
/*
 * The lcore main. This is the main thread that does the work, reading from
 * an input port and writing to an output port.
 */
 //正如我们在上面看到的，该main()函数在可用的lcore上调用应用程序函数
static __rte_noreturn void
lcore_main(void)

	uint16_t port;

	/*
	 * Check that the port is on the same NUMA node as the polling thread
	 * for best performance.
	 */
	 //检查端口是否与轮询线程在同一NUMA节点上，以获得最佳性能。
	 // 当有NUMA结构时，检查网口是否在同一个NUMA node节点上，只有在一个NUMA node上时线程轮询的效率最好
	RTE_ETH_FOREACH_DEV(port)
		if (rte_eth_dev_socket_id(port) > 0 &&
				rte_eth_dev_socket_id(port) !=
						(int)rte_socket_id())
			printf("WARNING, port %u is on remote NUMA node to "
					"polling thread.\\n\\tPerformance will "
					"not be optimal.\\n", port);

	printf("\\nCore %u forwarding packets. [Ctrl+C to quit]\\n",rte_lcore_id());

//该应用程序的主要工作是在循环内完成的
	/* Run until the application is quit or killed. */
	for (;;) 
		/*
		 * Receive packets on a port and forward them on the paired
		 * port. The mapping is 0 -> 1, 1 -> 0, 2 -> 3, 3 -> 2, etc.
		 */
		RTE_ETH_FOREACH_DEV(port) //遍历每一个网口 

			/* Get burst of RX packets, from first port of pair. */
			struct rte_mbuf *bufs[BURST_SIZE];// mbuf的结构体 收到的包存在这里，也是要发出去的包
			const uint16_t nb_rx = rte_eth_rx_burst(port, 0,bufs, BURST_SIZE);//物理口收包函数

            // unlikely()是一种分支预测，表明大概率nb_rx != 0
			//也就是该网口大概率会接收到包
			//算是一种编译优化的方法
			// 返回值是实际收到的数据包数
			if (unlikely(nb_rx == 0)) 
				continue;

            //物理口发包函数
			/* Send burst of TX packets, to second port of pair. */
			const uint16_t nb_tx = rte_eth_tx_burst(port ^ 1, 0,bufs, nb_rx);// port 异或 1 --> 0就和1是一对，2就和3是一对。
                    // 0 收到包就从 1 转发， 3 收到包 就从 2 口转发。

            //对于发不出去的包就把内存释放掉，也就是drop这些包
			//对于DPDK的收包和转发来说，都是一次处理多个数据包
			//原因是cache行的内存对齐可以一次处理多个地址
			//并且可以充分利用处理器内部的乱序执行和并行处理能力
			/* Free any unsent packets. */
			if (unlikely(nb_tx < nb_rx)) 
				uint16_t buf;
				for (buf = nb_tx; buf < nb_rx; buf++)
					rte_pktmbuf_free(bufs[buf]);
			
		
	

4.main函数

int
main(int argc, char *argv[])

	struct rte_mempool *mbuf_pool;// 指向内存池结构的指针
	unsigned nb_ports;//网口个数 
	uint16_t portid;//网口号 
//第一项任务是初始化环境抽象层（EAL）。在 argc和argv参数提供给rte_eal_init() 函数。返回的值是已解析参数的数量：

	/* Initialize the Environment Abstraction Layer (EAL). */
	int ret = rte_eal_init(argc, argv);
	if (ret < 0)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error with EAL initialization\\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;

    //端口数必须是偶数个 &是按位与运算，如果为奇数，则nb_ports最后一位是1,和1进行按位与运算结果为1，若为偶数，则最后一位为0，与1进行按位与则结果为0
	/* Check that there is an even number of ports to send/receive on. */
	nb_ports = rte_eth_dev_count_avail();
	if (nb_ports < 2 || (nb_ports & 1))
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Error: number of ports must be even\\n");
		
    //在main中分配一个内存池保持由应用程序使用的的mbuf（消息缓冲器），Mbuf是DPDK使用的数据包缓冲区结构
	//创建一个内存缓冲池，大小为  NUM_MBUFS*网卡数量  
	/* Creates a new mempool in memory to hold the mbufs. */
	//rte_socket_id()返回正在运行的lcore所对应的物理socket。socket的文档在 lcore中
	mbuf_pool = rte_pktmbuf_pool_create("MBUF_POOL", NUM_MBUFS * nb_ports,
		MBUF_CACHE_SIZE, 0, RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE, rte_socket_id());
    if (mbuf_pool == NULL)
		rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot create mbuf pool\\n");
		
    //还使用用户定义的port_init()函数来初始化所有端口
	/* Initialize all ports. */
	RTE_ETH_FOREACH_DEV(portid)
		if (port_init(portid, mbuf_pool) != 0)
			rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot init port %"PRIu16 "\\n",portid);

   //只需要一个逻辑核
	if (rte_lcore_count() > 1)
		printf("\\nWARNING: Too many lcores enabled. Only 1 used.\\n");

//初始化完成后，应用程序即可在lcore上启动功能。在此示例lcore_main()中，在单个lcore上调用。
	/* Call lcore_main on the main core only. */
	lcore_main();

	return 0;

五.参考：https://blog.csdn.net/qq_39992615/article/details/103803632

https://blog.csdn.net/qq_34863439/article/details/102465309