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

1 l2fwd_pktmbuf_pool =
2     rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF,
3                MBUF_SIZE, 32,
4                sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),
5                rte_pktmbuf_pool_init, NULL,
6                rte_pktmbuf_init, NULL,
7                rte_socket_id(), 0);

“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。

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

1 struct rte_pktmbuf_pool_private {
2     uint16_t mbuf_data_room_size; /**< Size of data space in each mbuf.*/
3 };

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

1 r = rte_ring_create(rg_name, rte_align32pow2(n+1), 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，

 1 struct rte_ring {
 2     TAILQ_ENTRY(rte_ring) next;      /**< Next in list. */
 3
 4     char name[RTE_RING_NAMESIZE];    /**< Name of the ring. */
 5     int flags;                       /**< Flags supplied at creation. */
 6
 7     /** Ring producer status. */
 8     struct prod {
 9         uint32_t watermark;      /**< Maximum items before EDQUOT. */
10         uint32_t sp_enqueue;     /**< True, if single producer. */
11         uint32_t size;           /**< Size of ring. */
12         uint32_t mask;           /**< Mask (size-1) of ring. */
13         volatile uint32_t head;  /**< Producer head. */
14         volatile uint32_t tail;  /**< Producer tail. */
15     } prod __rte_cache_aligned;
16
17     /** Ring consumer status. */
18     struct cons {
19         uint32_t sc_dequeue;     /**< True, if single consumer. */
20         uint32_t size;           /**< Size of the ring. */
21         uint32_t mask;           /**< Mask (size-1) of ring. */
22         volatile uint32_t head;  /**< Consumer head. */
23         volatile uint32_t tail;  /**< Consumer tail. */
24 #ifdef RTE_RING_SPLIT_PROD_CONS
25     } cons __rte_cache_aligned;
26 #else
27     } cons;
28 #endif
29
30 #ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
31     struct rte_ring_debug_stats stats[RTE_MAX_LCORE];
32 #endif
33
34     void * ring[0] __rte_cache_aligned; /**< Memory space of ring starts here.
35                                          * not volatile so need to be careful
36                                          * about compiler re-ordering */
37 };

　　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。

 1 r->flags = flags;
 2 r->prod.watermark = count;
 3 r->prod.sp_enqueue = !!(flags & RING_F_SP_ENQ);
 4 r->cons.sc_dequeue = !!(flags & RING_F_SC_DEQ);
 5 r->prod.size = r->cons.size = count;
 6 r->prod.mask = r->cons.mask = count-1;
 7 r->prod.head = r->cons.head = 0;
 8 r->prod.tail = r->cons.tail = 0;
 9
10 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。

1 mempool_size = MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) + private_data_size;
2 if (vaddr == NULL)
3     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。

 1 /* init the mempool structure */
 2 mp = mz->addr;
 3 memset(mp, 0, sizeof(*mp));
 4 snprintf(mp->name, sizeof(mp->name), "%s", name);
 5 mp->phys_addr = mz->phys_addr;
 6 mp->ring = r;
 7 mp->size = n;
 8 mp->flags = flags;
 9 mp->elt_size = objsz.elt_size;
10 mp->header_size = objsz.header_size;
11 mp->trailer_size = objsz.trailer_size;
12 mp->cache_size = cache_size;
13 mp->cache_flushthresh = (uint32_t)
14     (cache_size * CACHE_FLUSHTHRESH_MULTIPLIER);
15 mp->private_data_size = private_data_size;
16
17 /* calculate address of the first element for continuous mempool. */
18 obj = (char *)mp + MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) +
19     private_data_size;
20
21 /* populate address translation fields. */
22 mp->pg_num = pg_num;
23 mp->pg_shift = pg_shift;
24 mp->pg_mask = RTE_LEN2MASK(mp->pg_shift, typeof(mp->pg_mask));
25
26 /* mempool elements allocated together with mempool */
27 mp->elt_va_start = (uintptr_t)obj;
28 mp->elt_pa[0] = mp->phys_addr +
29     (mp->elt_va_start - (uintptr_t)mp);
30
31 mp->elt_va_end = mp->elt_va_start;
32
33 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：