攻城獅自述丨OK1043A-C DPDK環(huán)境體驗(yàn)

原創(chuàng) 2020-03-06 16:59:00 LS1043A DPDK FET1043A

飛凌嵌入式今年6月推出的——FET1043A-C核心板,采用NXP公司的QorIQ? LS1043A處理器設(shè)計(jì),擁有四顆ARMv8-A架構(gòu)的Cortex-A53核,主頻1.6G,低功耗,高能效。四通道高達(dá)10GB的SerDes包含多種靈活配置,在飛凌設(shè)計(jì)的配套底板中最大程度上發(fā)揮了QorIQ?LS1043A 處理器網(wǎng)絡(luò)性能,采用一個(gè)萬(wàn)兆,六個(gè)千兆的設(shè)計(jì),配合處理器內(nèi)部的DPAA1加速引擎,再加上2GB大容量DDR4內(nèi)存簡(jiǎn)直就是網(wǎng)絡(luò)性能怪獸。

分割符9.gif

硬件如此的優(yōu)秀,那么傳統(tǒng)的Linux內(nèi)核還是否與其門當(dāng)戶對(duì)?答案是否定的。

原因有以下幾個(gè)方面:

? 中斷處理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)包到來時(shí),會(huì)產(chǎn)生頻繁的硬件中斷請(qǐng)求,這些硬件中斷可以打斷之前較低優(yōu)先級(jí)的軟中斷或者系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程,如果這種打斷頻繁的話,將會(huì)產(chǎn)生較高的性能開銷。

? 內(nèi)存拷貝。正常情況下,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包從網(wǎng)卡到應(yīng)用程序需要經(jīng)過如下的過程:數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡通過DMA等方式傳到內(nèi)核開辟的緩沖區(qū),然后從內(nèi)核空間拷貝到用戶態(tài)空間,在Linux內(nèi)核協(xié)議棧中,這個(gè)耗時(shí)操作甚至占到了數(shù)據(jù)包整個(gè)處理流程的57.1%。

? 上下文切換。頻繁到達(dá)的硬件中斷和軟中斷都可能隨時(shí)搶占系統(tǒng)調(diào)用的運(yùn)行,這會(huì)產(chǎn)生大量的上下文切換開銷。另外,在基于多線程的服務(wù)器設(shè)計(jì)框架中,線程間的調(diào)度也會(huì)產(chǎn)生頻繁的上下文切換開銷,同樣,鎖競(jìng)爭(zhēng)的耗能也是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。

? 局部性失效。如今主流的處理器都是多個(gè)核心的,這意味著一個(gè)數(shù)據(jù)包的處理可能跨多個(gè)CPU 核心,比如一個(gè)數(shù)據(jù)包可能中斷在cpu0,內(nèi)核態(tài)處理在cpu1,用戶態(tài)處理在cpu2,這樣跨多個(gè)核心,容易造成CPU 緩存失效,造成局部性失效。如果是NUMA 架構(gòu),更會(huì)造成跨NUMA 訪問內(nèi)存,性能受到很大影響。

? 內(nèi)存管理。傳統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)存頁(yè)為4K,為了提高內(nèi)存的訪問速度,避免cache miss,可以增加cache 中映射表的條目,但這又會(huì)影響CPU 的檢索效率。

綜合以上問題,可以看出內(nèi)核本身就是一個(gè)非常大的瓶頸所在。那很明顯解決方案就是想辦法繞過內(nèi)核。經(jīng)很多前輩先驅(qū)的研究,DPDK在眾多方案脫穎而出。


 

分割符9.gif


“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,下面我們通過一個(gè)實(shí)例來體驗(yàn)下DPDK。

首先,使用DPDK環(huán)境,需要修改設(shè)備樹,將網(wǎng)絡(luò)配置到用戶態(tài)。需要使用到的設(shè)備樹文件:

OK10xx-linux-fs/flexbuild/build/linux/linux/arm64/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb

將fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb拷貝到開發(fā)板根目錄,使用如下命令替換設(shè)備樹:

mv/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb.bak

cp/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb /run/media/mmcblk0p2/boot

ln-s /run/media/mmcblk0p2/boot/fsl-ls1043a-rdb-usdpaa.dtb/run/media/mmcblk0p2/boot/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb

reboot

替換成功后啟動(dòng)開發(fā)板輸入:ifconfigfm1-mac1

如果提示Devicenot found 就是已經(jīng)替換成功。

測(cè)試DPDK完成后恢復(fù)默認(rèn)配置方法

cp/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb.bak/run/media/mmcblk0p2/fsl-ls1043a-rdb-sdk.dtb

reboot

將網(wǎng)絡(luò)配置到用戶態(tài)之后,那么我們?cè)撊绾问褂盟鼈兡??TCP/UDP咋用?不要急在DPDK中使用TCP或者UDP的話還需要移植一個(gè)協(xié)議棧到DPDK中。入門階段我們還是先來體驗(yàn)一把DPDK中包含了二層轉(zhuǎn)發(fā)的測(cè)試?yán)贪伞?/span>

二層轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示:


 

使用OK1043A-C平臺(tái)的Port2和Port3(對(duì)應(yīng)fm1-mac3和fm1-mac4),對(duì)LinuxHost 和 OK1012A-C之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。LinuxHost 和 OK1012A-C您可以替換成其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

配置OK1043A-C:

l2fwd-c 0xf -n 1 -- -p 0xc -q 1 --no-mac-updating


參數(shù)

說明

-c

Core mask 0xf 使用4核

-n

內(nèi)存通道數(shù)

-p

Port mask 0xc 二進(jìn)制1100使用port3 port2

-q

每個(gè)核的隊(duì)列數(shù)量默認(rèn)為1

--no-mac-updating

轉(zhuǎn)換后不替換MAC

配置OK1012A-C:

ifconfigeth0 192.168.1.200

tcpdump-i eth0 -vv -n -e


配置Linux Host:


ifconfigeth0 192.168.1.120

sudomodprobe pktgen.ko

echo"add_deviceeth0"> /proc/net/pktgen/kpktgend_0

echo"dst_mac6e:56:7d:85:ce:4d"> /proc/net/pktgen/eth0

echo"dst192.168.1.200">/proc/net/pktgen/eth0

echo"pkt_size64"> /proc/net/pktgen/eth0

echo"count1000000"> /proc/net/pktgen/eth0

echo"start"> /proc/net/pktgen/pgctrl

我們讓LinuxHost主機(jī)發(fā)送100萬(wàn)個(gè)64字節(jié)大小的包出去,測(cè)試OK1043A-CDPDK對(duì)這些數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)能力。


 

通過查看OK1043A-C的串口打印信息,我們發(fā)現(xiàn)DPDK已經(jīng)將所有收到的數(shù)據(jù)包完完全全的轉(zhuǎn)發(fā)了出去。同時(shí)細(xì)心的你會(huì)發(fā)現(xiàn)采用DPDK進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),CPU的負(fù)載一直居高不下,因?yàn)樗恢痹?a href="http://www.alphatocol.com/product/39.html" class="tag-link">應(yīng)用層輪詢,查看是否有數(shù)據(jù)包需要處理。

 

 

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