PF_RING 总结

1.背景

目前收包存在的问题：

第一：inpterrupt livelock, 当收到包的时候，网卡驱动程序就会产生一次中断。在大流量的情况下，操作系统将花费大量时间用于处理中断，而只有

少量的时间用于其他任务。

第二：将包从网卡移动到用户层花费的时间太久。

 

2.PF_RING的目标

1. 充分利用 device polling 机制 

2. 减少内核开销，开辟一条新的通道将收包从网卡传输到用户态

 

其架构图如下：

 

PF_RING实现功能如下：

1. 创建一种新的套接字类型 PF_RING, 用于将收包拷贝到一个环形缓冲区

2. 环形缓冲区和PF_RING套接字一同创建和销毁，各个缓冲区为套接字私有

3.如果一个网卡适配器被PF_RING套接字利用系统调用bind()绑定，这个网卡只能用于只读直到套接字销毁

4.对于PF_RING套接字，收包将会被拷贝到套接字缓冲区或被丢包

5.套接字缓冲区将会利用mmap功能

6.用户态程序通过mmap()系统调用访问套接字缓冲区

7.内核拷贝包到环形队列并移动写指针，用户态程序读包并移动读指针

8.新来的包将会覆盖原有包，因此不需要进行内存的分配和释放

9.套接字的缓冲区的长度和桶大小可被用户配置

 

3.实验效果

使用PF_RING之前：

 

使用PF_RING之后：

以上依然有丢包主要是因为用户态程序阻塞在poll()，可通过内核补丁优化。

 

 

4.PF_RING 模式1和2的实现

处理流程图：

 

5.关键路径

函数igb_clean_rx_irq的内部实现：

第8080行函数nap_gro_receice实际上是一个宏：

#define napi_gro_receive(_napi, _skb) netif_receive_skb(_skb)

函数netif_receive_skb分析分组类型，以便根据分类类型将分组传递到网络层的接收函数，为此该函数遍历所有可能负责当前

分组类型的所有网络层函数，这样的话就将包发送至了内核协议栈。而第8075行的函数pf_ring_handle_skb函数将调用PF_RING的注册函数进行处理。

 

 

6.考虑方案

在函数igb_clean_rx_irq增加包过滤函数，UDP且端口53发送至PF_RING处理，而其余包走内核协议栈。

 

7.需要考虑的问题

• 修改网卡驱动且需要维护多个网卡驱动
• 性能上不一定能到达DPDK的效果，因为DPDK丢弃了无关包
• PF_RING的发包需要使用DNA技术，而此功能需要费用。如果不使用DNA,发包将会走协议栈
• PF_RING是否对驱动进行了优化

备注：DNA功能和普通PF_RING比较减少一次内存拷贝

 

 

8.待做实验

实验目的：验证模式0，1，2之间的差异

 

参考文献：

Improving Passive Packet Capture: Beyond Device Polling - Luca Deri 

http://blog.chinaunix.net/uid-24830931-id-3348637.html