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博主这篇文章写的很好 感觉很有借签意义 值得阅读
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前几天听一个朋友提到这个netmap,看了它的介绍和设计,确实是个好东西。其设计思想与业界不谋而合——因为为了提高性能,几个性能瓶颈放在那里,解决方法自然也是类似的。
由于保密性,我是不可能拿公司的设计来和大家讨论和分享的。而netmap的出现,提供了这么一个好机会。它既实现了一个高性能的网络I/O框架,代码量又不算大,非常适合学习和研究。
首先要感谢netmap的作者,创造出了netmap并无私的分享了他的设计和代码。netmap的文档写得很不错,这里我简单说明一下为什么netmap可以达到高性能。
1. 利用mmap,将网卡驱动的ring内存空间映射到用户空间。这样用户态可以直接访问到原始的数据包,避免了内核和用户态的两次拷贝;——前两天我还想写这么一个东西呢。
2. 利用预先分配的固定大小的buff来保存数据包。这样减少了内核原有的动态分配;——对于网络设备来说,固定大小的内存池比buddy要有效的多。之前我跟Bean_lee也提过此事呵。
3. 批量处理数据包。这样就减少了系统调用;
更具体的内容,大家直接去netmap的官方网站上看吧,写得很详细。虽然英文,大家还是耐着性子好好看看,收获良多。
从上面netmap的简单介绍中可以看到,netmap不可避免的要修改网卡驱动。不过这个修改量很小。
下面我以e1000.c为例来分析。由于netmap最早是在FreeBSD上实现的,为了在linux达到最小的修改,使用了大量的宏,这给代码的阅读带来了一些困难。
俺不是写驱动的。。。e1000_probe里面很多代码看不明白,但是不影响我们对netmap的分析。通过netmap的patch,知道是在e1000完成一系列硬件初始化以后,并注册成功,这时调用e1000_netmap_attach
@@ -1175,6 +1183,10 @@ static int __devinit e1000_probe(struct if (err) goto err_register; +#ifdef DEV_NETMAP + e1000_netmap_attach(adapter); +#endif /* DEV_NETMAP */ + /* print bus type/speed/width info */ e_info(probe, "(PCI%s:%dMHz:%d-bit) %pM\n", ((hw->bus_type == e1000_bus_type_pcix) ? "-X" : ""),
下面是e1000_netmap_attach的代码
static void e1000_netmap_attach(struct SOFTC_T *adapter) { struct netmap_adapter na; bzero(&na, sizeof(na)); na.ifp = adapter->netdev; na.separate_locks = 0; na.num_tx_desc = adapter->tx_ring[0].count; na.num_rx_desc = adapter->rx_ring[0].count; na.nm_register = e1000_netmap_reg; na.nm_txsync = e1000_netmap_txsync; na.nm_rxsync = e1000_netmap_rxsync; netmap_attach(&na, 1); }
SOFTC_T是一个宏定义,对于e1000,实际上是e1000_adapter,即e1000网卡驱动对应的private data。 下面是struct netmap_adapter的定义
/* * This struct extends the 'struct adapter' (or * equivalent) device descriptor. It contains all fields needed to * support netmap operation. */ struct netmap_adapter { /* * On linux we do not have a good way to tell if an interface * is netmap-capable. So we use the following trick: * NA(ifp) points here, and the first entry (which hopefully * always exists and is at least 32 bits) contains a magic * value which we can use to detect that the interface is good. */ uint32_t magic; uint32_t na_flags; /* future place for IFCAP_NETMAP */ int refcount; /* number of user-space descriptors using this interface, which is equal to the number of struct netmap_if objs in the mapped region. */ /* * The selwakeup in the interrupt thread can use per-ring * and/or global wait queues. We track how many clients * of each type we have so we can optimize the drivers, * and especially avoid huge contention on the locks. */ int na_single; /* threads attached to a single hw queue */ int na_multi; /* threads attached to multiple hw queues */ int separate_locks; /* set if the interface suports different locks for rx, tx and core. */ u_int num_rx_rings; /* number of adapter receive rings */ u_int num_tx_rings; /* number of adapter transmit rings */ u_int num_tx_desc; /* number of descriptor in each queue */ u_int num_rx_desc; /* tx_rings and rx_rings are private but allocated * as a contiguous chunk of memory. Each array has * N+1 entries, for the adapter queues and for the host queue. */ struct netmap_kring *tx_rings; /* array of TX rings. */ struct netmap_kring *rx_rings; /* array of RX rings. */ NM_SELINFO_T tx_si, rx_si; /* global wait queues */ /* copy of if_qflush and if_transmit pointers, to intercept * packets from the network stack when netmap is active. */ int (*if_transmit)(struct ifnet *, struct mbuf *); /* references to the ifnet and device routines, used by * the generic netmap functions. */ struct ifnet *ifp; /* adapter is ifp->if_softc */ NM_LOCK_T core_lock; /* used if no device lock available */ int (*nm_register)(struct ifnet *, int onoff); void (*nm_lock)(struct ifnet *, int what, u_int ringid); int (*nm_txsync)(struct ifnet *, u_int ring, int lock); int (*nm_rxsync)(struct ifnet *, u_int ring, int lock); int bdg_port; #ifdef linux struct net_device_ops nm_ndo; int if_refcount; // XXX additions for bridge #endif /* linux */ };
从struct netmap_adapter可以看出,netmap的注释是相当详细。所以后面,我不再列出netmap的结构体定义,大家可以自己查看,免得满篇全是代码。————这样的注释,有几个公司能够做到?
e1000_netmap_attach完成简单的初始化工作以后,调用netmap_attach执行真正的attach工作。前者是完成与具体驱动相关的attach工作或者说是准备工作,而后者则是真正的attach。
int netmap_attach(struct netmap_adapter *na, int num_queues) { int n, size; void *buf; /* 这里ifnet又是一个宏,linux下ifnet实际上是net_device */ struct ifnet *ifp = na->ifp; if (ifp == NULL) { D("ifp not set, giving up"); return EINVAL; } /* clear other fields ? */ na->refcount = 0; /* 初始化接收和发送ring */ if (na->num_tx_rings == 0) na->num_tx_rings = num_queues; na->num_rx_rings = num_queues; /* on each direction we have N+1 resources * 0..n-1 are the hardware rings * n is the ring attached to the stack. */ /* 这么详细的注释。。。还用得着我说吗? 0到n-1的ring是用于转发的ring,而n是本机协议栈的队列 n+1为哨兵位置 */ n = na->num_rx_rings + na->num_tx_rings + 2; /* netmap_adapter与其ring统一申请内存 */ size = sizeof(*na) + n * sizeof(struct netmap_kring); /* 这里的malloc,实际上为kmalloc。 这里还有一个小trick。M_DEVBUF,M_NOWAIT和M_ZERO都是FreeBSD的定义。那么在linux下怎么使用呢? 我开始以为其被定义为linux对应的flag,如GFP_ATOMIC和__GFP_ZERO,于是grep了M_NOWAIT,也没有找到任何的宏定义。 正在奇怪的时候,想到一种情况。让我们看看malloc的宏定义 /* use volatile to fix a probable compiler error on 2.6.25 */ #define malloc(_size, type, flags) \ ({ volatile int _v = _size; kmalloc(_v, GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO); }) 这里type和flags完全没有任何引用的地方。所以在linux下,上面的M_DEVBUG实际上直接被忽略掉了。 */ buf = malloc(size, M_DEVBUF, M_NOWAIT | M_ZERO); if (buf) { /* Linux下重用了struct net_device->ax25_ptr,用其保存buf的地址 */ WNA(ifp) = buf; /* 初始化tx_rings和rx_rings,tx_rings和rx_rings之间用了一个额外的ring分隔,目前不知道这个ring是哨兵呢,还是本主机的ring */ na->tx_rings = (void *)((char *)buf + sizeof(*na)); na->rx_rings = na->tx_rings + na->num_tx_rings + 1; /* 复制netmap_device并设置对应的标志位,用于表示其为netmap_device*/ bcopy(na, buf, sizeof(*na)); NETMAP_SET_CAPABLE(ifp); na = buf; /* Core lock initialized here. Others are initialized after * netmap_if_new. */ mtx_init(&na->core_lock, "netmap core lock", MTX_NETWORK_LOCK, MTX_DEF); if (na->nm_lock == NULL) { ND("using default locks for %s", ifp->if_xname); na->nm_lock = netmap_lock_wrapper; } } /* 这几行Linux才用的上的代码,是为linux网卡的驱动框架准备的。未来有用处 */ #ifdef linux if (ifp->netdev_ops) { D("netdev_ops %p", ifp->netdev_ops); /* prepare a clone of the netdev ops */ na->nm_ndo = *ifp->netdev_ops; } na->nm_ndo.ndo_start_xmit = linux_netmap_start; #endif D("%s for %s", buf ? "ok" : "failed", ifp->if_xname); return (buf ? 0 : ENOMEM); }
完成了netmap_attach,e1000的probe函数e1000_probe即执行完毕。