DPDK-KERNEL NIC INTERFACE（内核NIC接口）

DPDK编程指南（翻译）（ 二十一）

21.内核网络接口卡接口

DPDK Kernel NIC Interface（KNI）允许用户空间应用程序访问Linux *控制面。

使用DPDK KNI的好处是：

• 比现有的Linux TUN / TAP接口更快（通过消除系统调用和copy_to_user()/copy_from_user()操作）。
• 允许使用标准Linux网络工具（如ethtool，ifconfig和tcpdump）管理DPDK端口。
• 允许与内核网络堆栈的接口。

使用DPDK内核NIC接口的应用程序的组件如图所示。

Figure 21-1 Components of a DPDK KNI Application

21.1.DPDK KNI内核模块

KNI内核可加载模块支持两种类型的设备：

• 其他设备：
  • 创建网络设备（通过ioctl调用）。
  • 维护所有KNI实例共享的内核线程上下文（模拟网络驱动程序的RX端）。
  • 对于单内核线程模式，维护所有KNI实例共享的内核线程上下文（模拟网络驱动程序的RX端）。
  • 对于多个内核线程模式，为每个KNI实例（模拟新驱动程序的RX侧）维护一个内核线程上下文。
• 网络设备：
  • 通过实现由struct net_device定义的诸如netdev_ops，header_ops，ethtool_ops之类的几个操作提供的Net功能，包括支持DPDK mbufs和FIFO。
  • 接口名称由用户空间提供。
  • MAC地址可以是真正的NIC MAC地址或随机的。

21.2. KNI创建及删除
KNI接口由DPDK应用程序动态创建。接口名称和FIFO详细信息由应用程序通过ioctl调用使用rte_kni_device_info结构提供，该结构包含：

• 接口名称。
• 相关FIFO的相应存储器的物理地址。
• Mbuf mempool详细信息，包括物理和虚拟（计算mbuf指针的偏移量）。
• PCI信息。
• Core。

有关详细信息，请参阅DPDK源代码中的rte_kni_common.h。

物理地址将重新映射到内核地址空间，并存储在单独的KNI上下文中。

内核RX线程（单线程和多线程模式）的亲和力由force_bind和core_id配置参数控制。

创建后，DPDK应用程序可以动态删除KNI接口。此外，所有未删除的KNI接口将在杂项设备（DPDK应用程序关闭时）的释放操作中被删除。

21.3.DPDK缓冲区流

为了最小化在内核空间中运行的DPDK代码的数量，mbuf mempool仅在用户空间中进行管理。内核模块可以感知mbufs，但是所有mbuf分配和释放操作将仅由DPDK应用程序处理。

Figure 21-2 Packet Flow via mbufs in the DPDK KNI

21.4.用例: Ingress

在DPDK RX侧，mbuf由PMD在RX线程上下文中分配。该线程将mbuf入队到rx_q FIFO中。 KNI线程将轮询所有KNI活动设备。如果mbuf出队，它将被转换为sk_buff，并通过netif_rx()发送到网络协议栈。必须释放出队的mbuf，将指针返回到free_q FIFO中。

RX线程在相同的主循环中轮询该FIFO，并在出队之后释放mbuf。

21.5.用例: Egress

对于数据包出口，DPDK应用程序必须首先入队几个mbufs才能在内核端创建一个mbuf缓存。

通过调用kni_net_tx()回调，从Linux网络堆栈接收数据包。mbuf出队（因为使用缓存，所以无需等待），并填充了来自sk_buff的数据。然后释放sk_buff，并将mbuf发送到tx_q FIFO。

DPDK TX线程执行mbuf出队，并将其发送到PMD（通过rte_eth_tx_burst()）。 然后将mbuf放回缓存中。

21.6.以太网工具

Ethtool是Linux专用工具，在内核中具有相应的支持，每个网络设备必须为支持的操作注册自己的回调。目前的实现使用igb / ixgbe修改的Linux驱动程序进行ethtool支持。i40e和VM（VF或EM设备）不支持Ethtool。

21.7.链路状态及MTU改变

链路状态和MTU变化是通常通过ifconfig完成的网络接口操作。该请求是从内核端（在ifconfig进程的上下文中）发起的，由用户空间DPDK应用程序处理。应用程序轮询请求，调用应用程序处理程序并将响应返回到内核空间。

应用处理程序可以在创建接口时注册，也可以在运行时再注册/卸载。这提供了多进程方案（其中KNI在primary process中创建，在secondary process中处理回调）的灵活性。约束是单个进程可以注册和处理请求