網卡多隊列技術與RSS功能的示例分析

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多隊列網卡是一種技術，最初是用來解決網絡IO QoS （quality of service）問題的，后來隨著網絡IO的帶寬的不斷提升，單核CPU不能完全處滿足網卡的需求，通過多隊列網卡驅動的支持，將各個隊列通過中斷綁定到不同的核上，以滿足網卡的需求。

1.多隊列網卡硬件實現

圖1.1是Intel 82575硬件邏輯圖，有四個硬件隊列。當收到報文時，通過hash包頭的SIP、Sport、DIP、Dport四元組，將一條流總是收到相同的隊列。同時觸發與該隊列綁定的中斷。

圖1.1 82575硬件邏輯圖

2.什么是RSS

RSS(Receive Side Scaling)是一種能夠在多處理器系統下使接收報文在多個CPU之間高效分發的網卡驅動技術。

• 網卡對接收到的報文進行解析，獲取IP地址、協議和端口五元組信息

• 網卡通過配置的HASH函數根據五元組信息計算出HASH值,也可以根據二、三或四元組進行計算。

• 取HASH值的低幾位(這個具體網卡可能不同)作為RETA(redirection table)的索引

• 根據RETA中存儲的值分發到對應的CPU

下圖描述了完整的處理流程：

基于RSS技術程序可以通過硬件在多個CPU之間來分發數據流，并且可以通過對RETA的修改來實現動態的負載均衡。

3.在DPDK中配置RSS

DPDK支持設置靜態hash值和配置RETA。 不過DPDK中RSS是基于端口的，并根據端口的接收隊列進行報文分發的。 例如我們在一個端口上配置了3個接收隊列(0,1,2)并開啟了RSS，那么 中就是這樣的:

{0,1,2,0,1,2,0.........}

運行在不同CPU的應用程序就從不同的接收隊列接收報文，這樣就達到了報文分發的效果。

在DPDK中通過設置rte_eth_conf中的mq_mode字段來開啟RSS功能， rx_mode.mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS。

當RSS功能開啟后，報文對應的rte_pktmbuf中就會存有RSS計算的hash值，可以通過pktmbuf.hash.rss來訪問。 這個值可以直接用在后續報文處理過程中而不需要重新計算hash值，如快速轉發，標識報文流等。

RETA是運行時可配置的，這樣應用程序就可以動態改變CPU對應的接收隊列，從而動態調節報文分發。 具體通過PMD模塊的驅動進行配置，例如ixgbe_dev_rss_reta_update和ixgbe_dev_rss_reta_query。

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