目 錄?Contents
序 言
引 言
作者介紹
第一部分 DPDK基礎篇
第1章 認識DPDK 3
1.1 主流包處理硬件平臺 3
1.1.1 硬件加速器 4
1.1.2 網絡處理器 4
1.1.3 多核處理器 5
1.2 初識DPDK 7
1.2.1 IA不適合進行數據包處理嗎 7
1.2.2 DPDK最佳實踐 9
1.2.3 DPDK框架簡介 10
1.2.4 尋找性能優化的天花板 11
1.3 解讀數據包處理能力 12
1.4 探索IA處理器上最艱巨的任務 13
1.5 軟件包處理的潛力——再識DPDK 14
1.5.1 DPDK加速網絡節點 14
1.5.2 DPDK加速計算節點 15
1.5.3 DPDK加速存儲節點 15
1.5.4 DPDK的方法論 16
1.6 從融合的角度看DPDK 16
1.7 實例 17
1.7.1 HelloWorld 17
1.7.2 Skeleton 19
1.7.3 L3fwd 22
1.8 小結 25
第2章 Cache和內存 26
2.1 存儲系統簡介 26
2.1.1 系統架構的演進 26
2.1.2 內存子系統 28
2.2 Cache系統簡介 29
2.2.1 Cache的種類 29
2.2.2 TLB Cache 30
2.3 Cache地址映射和變換 31
2.3.1 全關聯型Cache 32
2.3.2 直接關聯型Cache 32
2.3.3 組關聯型Cache 33
2.4 Cache的寫策略 34
2.5 Cache預取 35
2.5.1 Cache的預取原理 35
2.5.2 NetBurst架構處理器上的預取 36
2.5.3 兩個執行效率迥異的程序 37
2.5.4 軟件預取 38
2.6 Cache一致性 41
2.6.1 Cache Line對齊 41
2.6.2 Cache一致性問題的由來 42
2.6.3 一致性協議 43
2.6.4 MESI協議 44
2.6.5 DPDK如何保證Cache一致性 45
2.7 TLB和大頁 47
2.7.1 邏輯地址到物理地址的轉換 47
2.7.2 TLB 48
2.7.3 使用大頁 49
2.7.4 如何激活大頁 49
2.8 DDIO 50
2.8.1 時代背景 50
2.8.2 網卡的讀數據操作 51
2.8.3 網卡的寫數據操作 53
2.9 NUMA系統 54
第3章 并行計算 57
3.1 多核性能和可擴展性 57
3.1.1 追求性能水平擴展 57
3.1.2 多核處理器 58
3.1.3 親和性 61
3.1.4 DPDK的多線程 63
3.2 指令并發與數據并行 66
3.2.1 指令并發 67
3.2.2 單指令多數據 68
3.3 小結 70
第4章 同步互斥機制 71
4.1 原子操作 71
4.1.1 處理器上的原子操作 71
4.1.2 Linux內核原子操作 72
4.1.3 DPDK原子操作實現和應用 74
4.2 讀寫鎖 76
4.2.1 Linux讀寫鎖主要API 77
4.2.2 DPDK讀寫鎖實現和應用 78
4.3 自旋鎖 79
4.3.1 自旋鎖的缺點 79
4.3.2 Linux自旋鎖API 79
4.3.3 DPDK自旋鎖實現和應用 80
4.4 無鎖機制 81
4.4.1 Linux內核無鎖環形緩沖 81
4.4.2 DPDK無鎖環形緩沖 82
4.5 小結 89
第5章 報文轉發 90
5.1 網絡處理模塊劃分 90
5.2 轉發框架介紹 91
5.2.1 DPDK run to completion模型 94
5.2.2 DPDK pipeline模型 95
5.3 轉發算法 97
5.3.1 精確匹配算法 97
5.3.2 最長前綴匹配算法 100
5.3.3 ACL算法 102
5.3.4 報文分發 103
5.4 小結 104
第6章 PCIe與包處理I/O 105
6.1 從PCIe事務的角度看包處理 105
6.1.1 PCIe概覽 105
6.1.2 PCIe事務傳輸 105
6.1.3 PCIe帶寬 107
6.2 PCIe上的數據傳輸能力 108
6.3 網卡DMA描述符環形隊列 109
6.4 數據包收發——CPU和I/O的協奏 111
6.4.1 全景分析 111
6.4.2 優化的考慮 113
6.5 PCIe的凈荷轉發帶寬 113
6.6 Mbuf與Mempool 114
6.6.1 Mbuf 114
6.6.2 Mempool 117
6.7 小結 117
第7章 網卡性能優化 118
7.1 DPDK的輪詢模式 118
7.1.1 異步中斷模式 118
7.1.2 輪詢模式 119
7.1.3 混和中斷輪詢模式 120
7.2 網卡I/O性能優化 121
7.2.1 Burst收發包的優點 121
7.2.2 批處理和時延隱藏 124
7.2.3 利用Intel SIMD指令進一步并行化包收發 127
7.3 平臺優化及其配置調優 128
7.3.1 硬件平臺對包處理性能的影響 129
7.3.2 軟件平臺對包處理性能的影響 133
7.4 隊列長度及各種閾值的設置 136
7.4.1 收包隊列長度 136
7.4.2 發包隊列長度 137
7.4.3 收包隊列可釋放描述符數量閾值（rx_free_thresh） 137
7.4.4 發包隊列發送結果報告閾值（tx_rs_thresh） 137
7.4.5 發包描述符釋放閾值（tx_free_thresh） 138
7.5 小結 138
第8章 流分類與多隊列 139
8.1 多隊列 139
8.1.1 網卡多隊列的由來 139
8.1.2 Linux內核對多隊列的支持 140
8.1.3 DPDK與多隊列 142
8.1.4 隊列分配 144
8.2 流分類 144
8.2.1 包的類型 144
8.2.2 RSS 145
8.2.3 Flow Director 146
8.2.4 服務質量 148
8.2.5 虛擬化流分類方式 150
8.2.6 流過濾 150
8.3 流分類技術的使用 151
8.3.1 DPDK結合網卡Flow Director功能 152
8.3.2 DPDK結合網卡虛擬化及Cloud Filter功能 155
8.4 可重構匹配表 156
8.5 小結 157
第9章 硬件加速與功能卸載 158
9.1 硬件卸載簡介 158
9.2 網卡硬件卸載功能 159
9.3 DPDK軟件接口 160
9.4 硬件與軟件功能實現 161
9.5 計算及更新功能卸載 162
9.5.1 VLAN硬件卸載 162
9.5.2 IEEE1588硬件卸載功能 165
9.5.3 IP TCP/UDP/SCTP checksum硬件卸載功能 167
9.5.4 Tunnel硬件卸載功能 168
9.6 分片功能卸載 169
9.7 組包功能卸載 170
9.8 小結 172
第二部分 DPDK虛擬化技術篇
第10章 X86平臺上的I/O虛擬化 175
10.1 X86平臺虛擬化概述 176
10.1.1 CPU虛擬化 176
10.1.2 內存虛擬化 177
10.1.3 I/O虛擬化 178
10.2 I/O透傳虛擬化 180
10.2.1 Intel? VT-d簡介 180
10.2.2 PCIe SR-IOV概述 181
10.3 PCIe網卡透傳下的收發包流程 183
10.4 I/O透傳虛擬化配置的常見問題 184
10.5 小結 184
第11章 半虛擬化Virtio 185
11.1 Virtio使用場景 185
11.2 Virtio規范和原理 186
11.2.1 設備的配置 187
11.2.2 虛擬隊列的配置 190
11.2.3 設備的使用 192
11.3 Virtio網絡設備驅動設計 193
11.3.1 Virtio網絡設備Linux內核驅動設計 193
11.3.2 基于DPDK用戶空間的Virtio網絡設備驅動設計以及性能優化 196
11.4 小結 198
第12章 加速包處理的vhost優化方案 199
12.1 vhost的演進和原理 199
12.1.1 Qemu與virtio-net 199
12.1.2 Linux內核態vhost-net 200
12.1.3 用戶態vhost 201
12.2 基于DPDK的用戶態vhost設計 201
12.2.1 消息機制 202
12.2.2 地址轉換和映射虛擬機內存 203
12.2.3 vhost特性協商 204
12.2.4 virtio-net設備管理 205
12.2.5 vhost中的Checksum和TSO功能卸載 205
12.3 DPDK vhost編程實例 206
12.3.1 報文收發接口介紹 206
12.3.2 使用DPDK vhost lib進行編程 207
12.3.3 使用DPDK vhost PMD進行編程 209
12.4 小結 210
第三部分 DPDK應用篇
第13章 DPDK與網絡功能虛擬化 213
13.1 網絡功能虛擬化 213
13.1.1 起源 213
13.1.2 發展 215
13.2 OPNFV與DPDK 217
13.3 NFV的部署 219
13.4 VNF部署的形態 221
13.5 VNF自身特性的評估 222
13.5.1 性能分析方法論 223
13.5.2 性能優化思路 224
13.6 VNF的設計 225
13.6.1 VNF虛擬網絡接口的選擇 225
13.6.2 IVSHMEM共享內存的PCI設備 226
13.6.3 網卡輪詢和混合中斷輪詢模式的選擇 228
13.6.4 硬件加速功能的考慮 228
13.6.5 服務質量的保證 229
13.7 實例解析和商業案例 231
13.7.1 Virtual BRAS 231
13.7.2 Brocade vRouter 5600 235
13.8 小結 235
第14章 Open vSwitch（OVS）中的DPDK性能加速 236
14.1 虛擬交換機簡介 236
14.2 OVS簡介 237
14.3 DPDK加速的OVS 239
14.3.1 OVS的數據通路 239
14.3.2 DPDK加速的數據通路 240
14.3.3 DPDK加速的OVS性能比較 242
14.4 小結 244
第15章 基于DPDK的存儲軟件優化 245
15.1 基于以太網的存儲系統 246
15.2 以太網存儲系統的優化 247
15.3 SPDK介紹 249
15.3.1 基于DPDK的用戶態TCP/IP棧 249
15.3.2 用戶態存儲驅動 254
15.3.3 SPDK中iSCSI target實現與性能 257
15.4 小結 261
附錄A 縮略詞 262
附錄B 推薦閱讀 265
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