DPDK内存管理-----（二）rte_mempool内存管理

DPDK以两种方式对外提供内存管理方法，一个是rte_mempool，主要用于网卡数据包的收发；一个是rte_malloc，主要为应用程序提供内存使用接口。本文讨论rte_mempool。rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建，从rte_config.mem_config->free_memseg[]中取出合适大小的内存，放到rte_config.mem_config->memzone[]中。

本文中，以l2fwd为例，说明rte_mempool的创建及使用。

一、rte_mempool的创建

 l2fwd_pktmbuf_pool =
     rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF,
                MBUF_SIZE, ,
                sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),
                rte_pktmbuf_pool_init, NULL,
                rte_pktmbuf_init, NULL,
                rte_socket_id(), );

“mbuf_pool”：创建的rte_mempool的名称。

NB_MBUF：rte_mempool包含的rte_mbuf元素的个数。

MBUF_SIZE：每个rte_mbuf元素的大小。

 #define RTE_PKTMBUF_HEADROOM    128
 #define MBUF_SIZE (2048 + sizeof(struct rte_mbuf) + RTE_PKTMBUF_HEADROOM)
 #define NB_MBUF   8192

 struct rte_pktmbuf_pool_private {
     uint16_t mbuf_data_room_size; /**< Size of data space in each mbuf.*/
 };

rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建。首先创建rte_ring，再创建rte_mempool，并建立两者之间的关联。

　　　

1、rte_ring_create()创建rte_ring无锁队列

 r = rte_ring_create(rg_name, rte_align32pow2(n+), socket_id, rg_flags);

　　具体步骤如下：

　　a、需要保证创建的队列数可以被2整除，即，count = rte_align32pow2(n + 1);

　　b、计算需要为count个队列分配的内存空间，即，ring_size = count * sizeof(void *) + sizeof(struct rte_ring);

　　struct rte_ring的数据结构如下，

 struct rte_ring {
     TAILQ_ENTRY(rte_ring) next;      /**< Next in list. */

     char name[RTE_RING_NAMESIZE];    /**< Name of the ring. */
     int flags;                       /**< Flags supplied at creation. */

     /** Ring producer status. */
     struct prod {
         uint32_t watermark;      /**< Maximum items before EDQUOT. */
         uint32_t sp_enqueue;     /**< True, if single producer. */
         uint32_t size;           /**< Size of ring. */
         uint32_t mask;           /**< Mask (size-1) of ring. */
         volatile uint32_t head;  /**< Producer head. */
         volatile uint32_t tail;  /**< Producer tail. */
     } prod __rte_cache_aligned;

     /** Ring consumer status. */
     struct cons {
         uint32_t sc_dequeue;     /**< True, if single consumer. */
         uint32_t size;           /**< Size of the ring. */
         uint32_t mask;           /**< Mask (size-1) of ring. */
         volatile uint32_t head;  /**< Consumer head. */
         volatile uint32_t tail;  /**< Consumer tail. */
 #ifdef RTE_RING_SPLIT_PROD_CONS
     } cons __rte_cache_aligned;
 #else
     } cons;
 #endif

 #ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
     struct rte_ring_debug_stats stats[RTE_MAX_LCORE];
 #endif

     void * ring[] __rte_cache_aligned; /**< Memory space of ring starts here.
                                          * not volatile so need to be careful
                                          * about compiler re-ordering */
 };

　　c、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg（查找规则是free_memseg中剩余内存大于等于需要分配的内存，但是多余的部分是最小的），从该free_memseg中分配指定大小的内存，然后将分配的内存记录在rte_config.mem_config->memzone[]中。

　　d、初始化新分配的rte_ring。

 r->flags = flags;
 r->prod.watermark = count;
 r->prod.sp_enqueue = !!(flags & RING_F_SP_ENQ);
 r->cons.sc_dequeue = !!(flags & RING_F_SC_DEQ);
 r->prod.size = r->cons.size = count;
 r->prod.mask = r->cons.mask = count-;
 r->prod.head = r->cons.head = ;
 r->prod.tail = r->cons.tail = ;

 TAILQ_INSERT_TAIL(ring_list, r, next); // 挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_RING]队列中

2、创建并初始化rte_mempool

　　a、计算需要为rte_mempool申请的内存空间。包含：sizeof(struct rte_mempool)、private_data_size，以及n * objsz.total_size。

 mempool_size = MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) + private_data_size;
 if (vaddr == NULL)
     mempool_size += (size_t)objsz.total_size * n;

　　objsz.total_size = objsz.header_size + objsz.elt_size + objsz.trailer_size; 其中，

　　objsz.header_size = sizeof(struct rte_mempool *);

　　objsz.elt_size = MBUF_SIZE；

　　objsz.trailer_size = ????

　　b、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg，在该free_memseg中分配mempool_size大小的内存，然后将新分配的内存记录到rte_config.mem_config->memzone[]中。

　　c、初始化新创建的rte_mempool，并调用rte_pktmbuf_pool_init()初始化rte_mempool的私有数据结构。

 /* init the mempool structure */
 mp = mz->addr;
 memset(mp, , sizeof(*mp));
 snprintf(mp->name, sizeof(mp->name), "%s", name);
 mp->phys_addr = mz->phys_addr;
 mp->ring = r;
 mp->size = n;
 mp->flags = flags;
 mp->elt_size = objsz.elt_size;
 mp->header_size = objsz.header_size;
 mp->trailer_size = objsz.trailer_size;
 mp->cache_size = cache_size;
 mp->cache_flushthresh = (uint32_t)
     (cache_size * CACHE_FLUSHTHRESH_MULTIPLIER);
 mp->private_data_size = private_data_size;

 /* calculate address of the first element for continuous mempool. */
 obj = (char *)mp + MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) +
     private_data_size;

 /* populate address translation fields. */
 mp->pg_num = pg_num;
 mp->pg_shift = pg_shift;
 mp->pg_mask = RTE_LEN2MASK(mp->pg_shift, typeof(mp->pg_mask));

 /* mempool elements allocated together with mempool */
 mp->elt_va_start = (uintptr_t)obj;
 mp->elt_pa[] = mp->phys_addr +
     (mp->elt_va_start - (uintptr_t)mp);

 mp->elt_va_end = mp->elt_va_start;

 RTE_EAL_TAILQ_INSERT_TAIL(RTE_TAILQ_MEMPOOL, rte_mempool_list, mp); //挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_MEMPOOL]队列中

　　d、调用mempool_populate()，以及rte_pktmbuf_init()初始化rte_mempool的每个rte_mbuf元素。

3、总结

相关数据结构的关联关系如下图：

二、rte_mempool的调用

未完，待续。。。。

错误之处，欢迎指出。