DPDK关键技术剖析(三)（详解dpdk和spdk技术知识点）

我们接着DPDK关键技术剖析（一）和 DPDK关键技术剖析（二） 聊，前面提到DPDK的关键技术主要包括并行计算机制、内存池管理、用户态驱动三个方面，我们聊了并行计算机制和内存池管理，今天接着往下聊。

3、用户态驱动

在传统的linux系统网络协议栈中，网络报文通过网卡硬件接收／发送，都需要发送中断到CPU，一次中断需要保存／恢复处理器状态，并运行中断服务程序，整个过程至少需要300个处理器时钟周期。可能有的同学觉的300个时钟周期太短了，可以忽略不计。吞吐量不大的流量模型确实如此，但对于需要处理大规模数据的高性能网络报文处理框架，频繁的中断将会极大地降低网络应用的处理速度，使大量的CPU精力（利用率）消耗在处理中断相关的事物上，成为了性能瓶颈。

为了减少中断开销，DPDK把传统内核中断扔进了垃圾桶，转而采用轮询模式驱动(poll mode driver，PMD)的方式直接操作网卡的接收和发送队列，将报文直接拷贝到用户空问，不再经过内核协议栈，或者说把内核协议栈旁路掉直接在用户空间另起炉灶。轮询啥意思，做过编程的同学肯定很清楚，就是不管有没有待处理数据，都在while(1)里不断的转（当然也会sleep一小会儿），你去看CPU的利用率，发现空载时也几乎百分之百。

DPDK的用户态I/O(user space I/O，UIO)驱动技术为PMD提供了支持。其主要功能是拦截中断，并重设中断回调行为，从而绕过内核协议栈后续的处理流程。上图描述了UIO技术的基本原理以及内核与用户空间的关系。它将硬件

操作映射到用户空间，对用户空间提供文件接口。当注册一个UIO设备uiox，就会出现文件／dev／uiox，对该文件的读写就是对设备内存的读写。

UIO技术中仍然有一小部分驱动程序运行在内核空间中，它们主要负责两个任务：

1、分配和记录设备需要的资源和注册UIO设备；

2、处理一些必须在内核空间实现的小部分中断应答。

UIO技术使得内核空间与用户空间的内存交互不用进行拷贝，而是只做控制权转移，减少了报文的拷贝过程。也就是实现了所谓的零拷贝。无系统调用的好处，同步处理也减少上下文切换带来的Cache miss。从中断与拷贝中节省的资源和时延，可以用在报文处理流程中（好钢要用在刀刃上嘛），提高了报文的处理、转发效率。

DPDK舍弃了内核中断，提供全用户态的驱动，拥有高效的内存管理机制，报文直接通过直接内存存取(direct memory access，DMA)传输到用户态处理，减少了内存拷贝次数。这个DMA一般是个硬件，它可以不用CPU干预的情况下把一段数据从一头搬运到另一头，也就是CPU不劳心也能快速实现外设和内存之间的数据搬运，进一步节省出宝贵的CPU算力进行报文处理。

Netmap、PF-RING、NBA和Snap等常用的一些高性能网络报文处理框架也拥有和DPDK相似的技术特征。咱看看这些方案的技术特征比较。

三、与其他技术框架比较

我们可以看到这些框架都利用了网卡多队列和批处理，多核框架也备受这些框架的青睐，只有Netmap没利用多核框架。

不管怎么说，DPDK现在比较热，其他高性能框架该有的技术特征它也都有（协处理器除外），值得我们深入挖掘品味。后续有机会还会和大家一起了解DPDK的更多细节，当然大家也可以添加IEEE2000为好友备注加群，拉大家入群和高手交流碰撞。

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