Kernel Bypass & Offload 介绍

系统网络优化可以有两方面的工作可以做：1 绕开内核(bypass)；2 用硬件替代软件(offload)。

具体包括：

1. 绕开内核：

• 不使用内核内核子系统的功能，采用自己实现的相同功能的代码来处理。
• 从用户空间直接访问和控制设备内存—避免数据从设备拷贝到内核，再从内核拷贝到用户空间。

2. 用硬件替代：

• 用专用的硬件设备替代软件的部分功能。
• 典型的用硬件替代软件的例子有：DMA engines, GPUs, Rendering screens, cryptography, TOE(TCP Offload Engines).

为什么要做两方面的工作呢？主要原因可以归结为：

1. UNIX经过设计和优化，目前它的主要任务是支持多个进程同时运行，并且避免任何进程因为缺少资源而长时间挂起。 但是在高频交易领域，我们希望某些特定的进程处理每条消息的响应时间快，延迟波动小，而不需要所在机器上所有进程的平均性能很好。

2. TCP/IP协议栈被优化为防止链接丢失和有效的利用带宽。

目前已经有很多成熟的解决方案可以用了，他们是：

• ntop.org DNA
• netmap
• Intel DPDK
• Myricom Sniffer10G and DBL
• 6WINDGate
• SolarFlare OpenOnload
• Napatech

这些解决方案每个都有他们自己的解决思路。

• 定制设备驱动。.netmap和DNA在标准Intel驱动的基础上加入了I/O内存到用户空间的映射。
• 定制硬件。Myricom和Napatech有他们自己定制的硬件以及对应的驱动（Myricom用的是ASIC, Napatech用的是FPGA）。
• 用户空间的库。这些解决方案每个都提供了用于访问他们扩展功能的库。这些功能差异极大：以太网I/O、libpcap的兼容、多进程处理的硬件辅助的消息包分发、缓存管理、整个TCP/IP层的功能。
• Licensing。netmap是开源的，DNA用户库需要适度的license。Napatech需要NDA，而且还要依赖昂贵的硬件。

参考文章：

http://ttthebear.blogspot.com/2008/07/linux-kernel-bypass-and-performance.html

<Kernel in the Way Bypass and Offload Technologies> -- Christoph Lameter

http://lukego.github.io/blog/2013/01/04/kernel-bypass-networking/