攻城獅自述丨OK1043A-C DPDK環(huán)境體驗
飛凌嵌入式今年6月推出的——FET1043A-C核心板，采用NXP公司的QorIQ? LS1043A處理器設(shè)計，擁有四顆ARMv8-A架構(gòu)的Cortex-A53核，主頻1.6G，低功耗，高能效。四通道高達(dá)10GB的SerDes包含多種靈活配置，在飛凌設(shè)計的配套底板中最大程度上發(fā)揮了QorIQ?LS1043A 處理器網(wǎng)絡(luò)性能，采用一個萬兆，六個千兆的設(shè)計，配合處理器內(nèi)部的DPAA1加速引擎，再加上2GB大容量DDR4內(nèi)存簡直就是網(wǎng)絡(luò)性能怪獸。
硬件如此的優(yōu)秀，那么傳統(tǒng)的Linux內(nèi)核還是否與其門當(dāng)戶對？答案是否定的。
原因有以下幾個方面：
? 中斷處理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)包到來時，會產(chǎn)生頻繁的硬件中斷請求，這些硬件中斷可以打斷之前較低優(yōu)先級的軟中斷或者系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程，如果這種打斷頻繁的話，將會產(chǎn)生較高的性能開銷。
? 內(nèi)存拷貝。正常情況下，一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包從網(wǎng)卡到應(yīng)用程序需要經(jīng)過如下的過程：數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡通過DMA等方式傳到內(nèi)核開辟的緩沖區(qū)，然后從內(nèi)核空間拷貝到用戶態(tài)空間，在Linux內(nèi)核協(xié)議棧中，這個耗時操作甚至占到了數(shù)據(jù)包整個處理流程的57.1%。
? 上下文切換。頻繁到達(dá)的硬件中斷和軟中斷都可能隨時搶占系統(tǒng)調(diào)用的運行，這會產(chǎn)生大量的上下文切換開銷。另外，在基于多線程的服務(wù)器設(shè)計框架中，線程間的調(diào)度也會產(chǎn)生頻繁的上下文切換開銷，同樣，鎖競爭的耗能也是一個非常嚴(yán)重的問題。
? 局部性失效。如今主流的處理器都是多個核心的，這意味著一個數(shù)據(jù)包的處理可能跨多個CPU 核心，比如一個數(shù)據(jù)包可能中斷在cpu0，內(nèi)核態(tài)處理在cpu1，用戶態(tài)處理在cpu2，這樣跨多個核心，容易造成CPU 緩存失效，造成局部性失效。如果是NUMA 架構(gòu)，更會造成跨NUMA 訪問內(nèi)存，性能受到很大影響。
? 內(nèi)存管理。傳統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)存頁為4K，為了提高內(nèi)存的訪問速度，避免cache miss，可以增加cache 中映射表的條目，但這又會影響CPU 的檢索效率。
綜合以上問題，可以看出內(nèi)核本身就是一個非常大的瓶頸所在。那很明顯解決方案就是想辦法繞過內(nèi)核。經(jīng)很多前輩先驅(qū)的研究，DPDK在眾多方案脫穎而出。
“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，下面我們通過一個實例來體驗下DPDK。
首先，使用DPDK環(huán)境，需要修改設(shè)備樹，將網(wǎng)絡(luò)配置到用戶態(tài)。需要使用到的設(shè)備樹文件：
OK10xx-linux-fs/flexbuild/build/linux/linux/arm64/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb
將fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb拷貝到開發(fā)板根目錄，使用如下命令替換設(shè)備樹：
mv/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb.bak
cp/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb /run/media/mmcblk0p2/boot
ln-s /run/media/mmcblk0p2/boot/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb/run/media/mmcblk0p2/boot/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb
reboot
替換成功后啟動開發(fā)板輸入：ifconfigfm1-mac1
如果提示Devicenot found 就是已經(jīng)替換成功。
測試DPDK完成后恢復(fù)默認(rèn)配置方法：
cp/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb.bak/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb
reboot
將網(wǎng)絡(luò)配置到用戶態(tài)之后，那么我們該如何使用它們呢？TCP/UDP咋用？不要急在DPDK中使用TCP或者UDP的話還需要移植一個協(xié)議棧到DPDK中。入門階段我們還是先來體驗一把DPDK中包含了二層轉(zhuǎn)發(fā)的測試?yán)贪伞?/span>
二層轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示：
使用OK1043A-C平臺的Port2和Port3(對應(yīng)fm1-mac3和fm1-mac4),對LinuxHost 和 OK1012A-C之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。LinuxHost 和 OK1012A-C您可以替換成其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
配置OK1043A-C：
l2fwd-c 0xf -n 1 -- -p 0xc -q 1 --no-mac-updating
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參數(shù) |
說明 |
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-c |
Core mask 0xf 使用4核 |
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-n |
內(nèi)存通道數(shù) |
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-p |
Port mask 0xc 二進(jìn)制1100使用port3 port2 |
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-q |
每個核的隊列數(shù)量默認(rèn)為1 |
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--no-mac-updating |
轉(zhuǎn)換后不替換MAC |
配置OK1012A-C：
ifconfigeth0 192.168.1.200
tcpdump-i eth0 -vv -n -e
配置Linux Host:
ifconfigeth0 192.168.1.120
sudomodprobe pktgen.ko
echo"add_deviceeth0"> /proc/net/pktgen/kpktgend_0
echo"dst_mac6e:56:7d:85:ce:4d"> /proc/net/pktgen/eth0
echo"dst192.168.1.200">/proc/net/pktgen/eth0
echo"pkt_size64"> /proc/net/pktgen/eth0
echo"count1000000"> /proc/net/pktgen/eth0
echo"start"> /proc/net/pktgen/pgctrl
我們讓LinuxHost主機發(fā)送100萬個64字節(jié)大小的包出去，測試OK1043A-CDPDK對這些數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)能力。
通過查看OK1043A-C的串口打印信息，我們發(fā)現(xiàn)DPDK已經(jīng)將所有收到的數(shù)據(jù)包完完全全的轉(zhuǎn)發(fā)了出去。同時細(xì)心的你會發(fā)現(xiàn)采用DPDK進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，CPU的負(fù)載一直居高不下，因為它一直在應(yīng)用層輪詢，查看是否有數(shù)據(jù)包需要處理。
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