• DPDK收发包全景分析


    前言:DPDK收发包是基础核心模块,从网卡收到包到驱动把包拷贝到系统内存中,再到系统对这块数据包的内存管理,由于在处理过程中实现了零拷贝,数据包从接收到发送始终只有一份,对这个报文的管理在前面的mempool内存池中有过介绍。这篇主要介绍收发包的过程。

    一、收发包分解

    收发包过程大致可以分为2个部分

    • 1.收发包的配置和初始化,主要是配置收发队列等。
    • 2.数据包的获取和发送,主要是从队列中获取到数据包或者把数据包放到队列中。

    二、收发包的配置和初始化

    收发包的配置

    收发包的配置最主要的工作就是配置网卡的收发队列,设置DMA拷贝数据包的地址等,配置好地址后,网卡收到数据包后会通过DMA控制器直接把数据包拷贝到指定的内存地址。我们使用数据包时,只要去对应队列取出指定地址的数据即可。

    收发包的配置是从rte_eth_dev_configure()开始的,这里根据参数会配置队列的个数,以及接口的配置信息,如队列的使用模式,多队列的方式等。

    前面会先进行一些各项检查,如果设备已经启动,就得先停下来才能配置(这时应该叫再配置吧)。然后把传进去的配置参数拷贝到设备的数据区。

    memcpy(&dev->data->dev_conf, dev_conf, sizeof(dev->data->dev_conf));

    之后获取设备的信息,主要也是为了后面的检查使用:

    (*dev->dev_ops->dev_infos_get)(dev, &dev_info);

    这里的dev_infos_get是在驱动初始化过程中设备初始化时配置的(eth_ixgbe_dev_init())

    eth_dev->dev_ops = &ixgbe_eth_dev_ops;

    重要的信息检查过后,下面就是对发送和接收队列进行配置
    先看接收队列的配置,接收队列是从rte_eth_dev_tx_queue_config()开始的
    在接收配置中,考虑的是有两种情况,一种是第一次配置;另一种是重新配置。所以,代码中都做了区分。
    (1)如果是第一次配置,那么就为每个队列分配一个指针。
    (2)如果是重新配置,配置的queue数量不为0,那么就取消之前的配置,重新配置。
    (3)如果是重新配置,但要求的queue为0,那么释放已有的配置。

    发送的配置也是同样的,在rte_eth_dev_tx_queue_config()

    当收发队列配置完成后,就调用设备的配置函数,进行最后的配置。(*dev->dev_ops->dev_configure)(dev),我们找到对应的配置函数,进入ixgbe_dev_configure()来分析其过程,其实这个函数并没有做太多的事。

    在函数中,先调用了ixgbe_check_mq_mode()来检查队列的模式。然后设置允许接收批量和向量的模式

    adapter->rx_bulk_alloc_allowed = true;
    adapter->rx_vec_allowed = true;

    接下来就是收发队列的初始化,非常关键的一部分内容,这部分内容按照收发分别介绍:

    接收队列的初始化

    接收队列的初始化是从rte_eth_rx_queue_setup()开始的,这里的参数需要指定要初始化的port_id,queue_id,以及描述符的个数,还可以指定接收的配置,如释放和回写的阈值等。

    依然如其他函数的套路一样,先进行各种检查,如初始化的队列号是否合法有效,设备如果已经启动,就不能继续初始化了。检查函数指针是否有效等。检查mbuf的数据大小是否满足默认的设备信息里的配置。

    rte_eth_dev_info_get(port_id, &dev_info);

    这里获取了设备的配置信息,如果调用初始化函数时没有指定rx_conf配置,就会设备配置信息里的默认值

    dev_info->default_rxconf = (struct rte_eth_rxconf) {
            .rx_thresh = {
                .pthresh = IXGBE_DEFAULT_RX_PTHRESH,
                .hthresh = IXGBE_DEFAULT_RX_HTHRESH,
                .wthresh = IXGBE_DEFAULT_RX_WTHRESH,
            },
            .rx_free_thresh = IXGBE_DEFAULT_RX_FREE_THRESH,
            .rx_drop_en = 0,
        };

    还检查了要初始化的队列号对应的队列指针是否为空,如果不为空,则说明这个队列已经初始化过了,就释放这个队列。

    rxq = dev->data->rx_queues;
        if (rxq[rx_queue_id]) {
            RTE_FUNC_PTR_OR_ERR_RET(*dev->dev_ops->rx_queue_release,
                        -ENOTSUP);
            (*dev->dev_ops->rx_queue_release)(rxq[rx_queue_id]);
            rxq[rx_queue_id] = NULL;
        }

    最后,调用到队列的setup函数做最后的初始化。

    ret = (*dev->dev_ops->rx_queue_setup)(dev, rx_queue_id, nb_rx_desc,
                              socket_id, rx_conf, mp);

    对于ixgbe设备,rx_queue_setup就是函数ixgbe_dev_rx_queue_setup(),这里就是队列最终的初始化咯

    依然是先检查,检查描述符的数量最大不能大于IXGBE_MAX_RING_DESC个,最小不能小于IXGBE_MIN_RING_DESC个。

    接下来的都是重点咯:
    <1>.分配队列结构体,并填充结构

    rxq = rte_zmalloc_socket("ethdev RX queue", sizeof(struct ixgbe_rx_queue),
                     RTE_CACHE_LINE_SIZE, socket_id);

    填充结构体的所属内存池,描述符个数,队列号,队列所属接口号等成员。
    <2>.分配描述符队列的空间,按照最大的描述符个数进行分配

    rz = rte_eth_dma_zone_reserve(dev, "rx_ring", queue_idx,
                          RX_RING_SZ, IXGBE_ALIGN, socket_id);

    接着获取描述符队列的头和尾寄存器的地址,在收发包后,软件要对这个寄存器进行处理。

    rxq->rdt_reg_addr =
                IXGBE_PCI_REG_ADDR(hw, IXGBE_RDT(rxq->reg_idx));
            rxq->rdh_reg_addr =
                IXGBE_PCI_REG_ADDR(hw, IXGBE_RDH(rxq->reg_idx));

    设置队列的接收描述符ring的物理地址和虚拟地址。

    rxq->rx_ring_phys_addr = rte_mem_phy2mch(rz->memseg_id, rz->phys_addr);
        rxq->rx_ring = (union ixgbe_adv_rx_desc *) rz->addr;

    <3>分配sw_ring,这个ring中存储的对象是struct ixgbe_rx_entry,其实里面就是数据包mbuf的指针。

    rxq->sw_ring = rte_zmalloc_socket("rxq->sw_ring",
                          sizeof(struct ixgbe_rx_entry) * len,
                          RTE_CACHE_LINE_SIZE, socket_id);

    以上三步做完以后,新分配的队列结构体重要的部分就已经填充完了,下面需要重置一下其他成员

    ixgbe_reset_rx_queue()

    先把分配的描述符队列清空,其实清空在分配的时候就已经做了,没必要重复做

    for (i = 0; i < len; i++) {
            rxq->rx_ring[i] = zeroed_desc;
        }

    然后初始化队列中一下其他成员

    rxq->rx_nb_avail = 0;
    rxq->rx_next_avail = 0;
    rxq->rx_free_trigger = (uint16_t)(rxq->rx_free_thresh - 1);
    rxq->rx_tail = 0;
    rxq->nb_rx_hold = 0;
    rxq->pkt_first_seg = NULL;
    rxq->pkt_last_seg = NULL;

    这样,接收队列就初始化完了。

    发送队列的初始化

    发送队列的初始化在前面的检查基本和接收队列一样,只有些许区别在于setup环节,我们就从这个函数说起:ixgbe_dev_tx_queue_setup()

    在发送队列配置中,重点设置了tx_rs_threshtx_free_thresh的值。

    然后分配了一个发送队列结构txq,之后分配发送队列ring的空间,并填充txq的结构体

    txq->tx_ring_phys_addr = rte_mem_phy2mch(tz->memseg_id, tz->phys_addr);
        txq->tx_ring = (union ixgbe_adv_tx_desc *) tz->addr;

    然后,分配队列的sw_ring,也挂载队列上。

    重置发送队列

    ixgbe_reset_tx_queue()

    和接收队列一样,也是要把队列ring(描述符ring)清空,设置发送队列sw_ring,设置其他参数,队尾位置设置为0

    txq->tx_next_dd = (uint16_t)(txq->tx_rs_thresh - 1);
    txq->tx_next_rs = (uint16_t)(txq->tx_rs_thresh - 1);
    
    txq->tx_tail = 0;
    txq->nb_tx_used = 0;
    /*
     * Always allow 1 descriptor to be un-allocated to avoid
     * a H/W race condition
     */
    txq->last_desc_cleaned = (uint16_t)(txq->nb_tx_desc - 1);
    txq->nb_tx_free = (uint16_t)(txq->nb_tx_desc - 1);
    txq->ctx_curr = 0;

    发送队列的初始化就完成了。

    设备的启动

    经过上面的队列初始化,队列的ring和sw_ring都分配了,但是发现木有,DMA仍然还不知道要把数据包拷贝到哪里,我们说过,DPDK是零拷贝的,那么我们分配的mempool中的对象怎么和队列以及驱动联系起来呢?接下来就是最精彩的时刻了----建立mempool、queue、DMA、ring之间的关系。话说,这个为什么不是在队列的初始化中就做呢?

    设备的启动是从rte_eth_dev_start()中开始的

    diag = (*dev->dev_ops->dev_start)(dev);

    进而,找到设备启动的真正启动函数:ixgbe_dev_start()

    先检查设备的链路设置,暂时不支持半双工和固定速率的模式。看来是暂时只有自适应模式咯。

    然后把中断禁掉,同时,停掉适配器

    ixgbe_stop_adapter(hw);

    在其中,就是调用了ixgbe_stop_adapter_generic();,主要的工作就是停止发送和接收单元。这是直接写寄存器来完成的。

    然后重启硬件,ixgbe_pf_reset_hw()->ixgbe_reset_hw()->ixgbe_reset_hw_82599(),最终都是设置寄存器,这里就不细究了。之后,就启动了硬件。

    再然后是初始化接收单元:ixgbe_dev_rx_init()

    在这个函数中,主要就是设置各类寄存器,比如配置CRC校验,如果支持巨帧,配置对应的寄存器。还有如果配置了loopback模式,也要配置寄存器。

    接下来最重要的就是为每个队列设置DMA寄存器,标识每个队列的描述符ring的地址,长度,头,尾等。

    bus_addr = rxq->rx_ring_phys_addr;
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDBAL(rxq->reg_idx),
            (uint32_t)(bus_addr & 0x00000000ffffffffULL));
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDBAH(rxq->reg_idx),
            (uint32_t)(bus_addr >> 32));
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDLEN(rxq->reg_idx),
            rxq->nb_rx_desc * sizeof(union ixgbe_adv_rx_desc));
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDH(rxq->reg_idx), 0);
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDT(rxq->reg_idx), 0);

    这里可以看到把描述符ring的物理地址写入了寄存器,还写入了描述符ring的长度。

    下面还计算了数据包数据的长度,写入到寄存器中.然后对于网卡的多队列设置,也进行了配置

    ixgbe_dev_mq_rx_configure()

    同时如果设置了接收校验和,还对校验和进行了寄存器设置。

    最后,调用ixgbe_set_rx_function()对接收函数再进行设置,主要是针对支持LRO,vector,bulk等处理方法。

    这样,接收单元的初始化就完成了。

    接下来再初始化发送单元:ixgbe_dev_tx_init()

    发送单元的的初始化和接收单元的初始化基本操作是一样的,都是填充寄存器的值,重点是设置描述符队列的基地址和长度。

    bus_addr = txq->tx_ring_phys_addr;
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDBAL(txq->reg_idx),
            (uint32_t)(bus_addr & 0x00000000ffffffffULL));
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDBAH(txq->reg_idx),
            (uint32_t)(bus_addr >> 32));
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDLEN(txq->reg_idx),
            txq->nb_tx_desc * sizeof(union ixgbe_adv_tx_desc));
    /* Setup the HW Tx Head and TX Tail descriptor pointers */
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDH(txq->reg_idx), 0);
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDT(txq->reg_idx), 0);

    最后配置一下多队列使用相关的寄存器:

    ixgbe_dev_mq_tx_configure()

    如此,发送单元的初始化就完成了。

    收发单元初始化完毕后,就可以启动设备的收发单元咯:ixgbe_dev_rxtx_start()
    先对每个发送队列的threshold相关寄存器进行设置,这是发送时的阈值参数,这个东西在发送部分有说明。

    然后就是依次启动每个接收队列啦!

    ixgbe_dev_rx_queue_start()

    先检查,如果要启动的队列是合法的,那么就为这个接收队列分配存放mbuf的实际空间,

    if (ixgbe_alloc_rx_queue_mbufs(rxq) != 0) 
    {
        PMD_INIT_LOG(ERR, "Could not alloc mbuf for queue:%d",
                 rx_queue_id);
        return -1;
    }

    在这里,你将找到终极答案--mempool、ring、queue ring、queue sw_ring的关系!

    static int __attribute__((cold))
    ixgbe_alloc_rx_queue_mbufs(struct ixgbe_rx_queue *rxq)
    {
        struct ixgbe_rx_entry *rxe = rxq->sw_ring;
        uint64_t dma_addr;
        unsigned int i;
    
        /* Initialize software ring entries */
        for (i = 0; i < rxq->nb_rx_desc; i++) {
            volatile union ixgbe_adv_rx_desc *rxd;
            struct rte_mbuf *mbuf = rte_mbuf_raw_alloc(rxq->mb_pool);
    
            if (mbuf == NULL) {
                PMD_INIT_LOG(ERR, "RX mbuf alloc failed queue_id=%u",
                         (unsigned) rxq->queue_id);
                return -ENOMEM;
            }
    
            rte_mbuf_refcnt_set(mbuf, 1);
            mbuf->next = NULL;
            mbuf->data_off = RTE_PKTMBUF_HEADROOM;
            mbuf->nb_segs = 1;
            mbuf->port = rxq->port_id;
    
            dma_addr =
                rte_cpu_to_le_64(rte_mbuf_data_dma_addr_default(mbuf));
            rxd = &rxq->rx_ring[i];
            rxd->read.hdr_addr = 0;
            rxd->read.pkt_addr = dma_addr;
            rxe[i].mbuf = mbuf;
        }
    
        return 0;
    }

    看啊,真理就这么赤果果的在眼前啦,我都不知道该说些什么了!但还是得说点什么呀,不然就可以结束本文啦!
    我们看到,从队列所属内存池的ring中循环取出了nb_rx_desc个mbuf指针,也就是为了填充rxq->sw_ring。每个指针都指向内存池里的一个数据包空间。

    然后就先填充了新分配的mbuf结构,最最重要的是填充计算了dma_addr

    dma_addr = rte_cpu_to_le_64(rte_mbuf_data_dma_addr_default(mbuf));

    然后初始化queue ring,即rxd的信息,标明了驱动把数据包放在dma_addr处。最后一句,把分配的mbuf“放入”queue 的sw_ring中,这样,驱动收过来的包,就直接放在了sw_ring中。

    以上最重要的工作就完成了,下面就可以使能DMA引擎啦,准备收包。

    hw->mac.ops.enable_rx_dma(hw, rxctrl);

    然后再设置一下队列ring的头尾寄存器的值,这也是很重要的一点!头设置为0,尾设置为描述符个数减1,就是描述符填满整个ring。

    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDH(rxq->reg_idx), 0);
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_RDT(rxq->reg_idx), rxq->nb_rx_desc - 1);

    随着这步做完,剩余的就没有什么重要的事啦,就此打住!

    接着依次启动每个发送队列:

    发送队列的启动比接收队列的启动要简单,只是配置了txdctl寄存器,延时等待TX使能完成,最后,设置队列的头和尾位置都为0。

    txdctl = IXGBE_READ_REG(hw, IXGBE_TXDCTL(txq->reg_idx));
    txdctl |= IXGBE_TXDCTL_ENABLE;
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TXDCTL(txq->reg_idx), txdctl);
    
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDH(txq->reg_idx), 0);
    IXGBE_WRITE_REG(hw, IXGBE_TDT(txq->reg_idx), 0);

    发送队列就启动完成了。

    三、数据包的获取和发送

    数据包的获取是指驱动把数据包放入了内存中,上层应用从队列中去取出这些数据包;发送是指把要发送的数据包放入到发送队列中,为实际发送做准备。

    数据包的获取

    业务层面获取数据包是从rte_eth_rx_burst()开始的

    int16_t nb_rx = (*dev->rx_pkt_burst)(dev->data->rx_queues[queue_id],
                rx_pkts, nb_pkts);

    这里的dev->rx_pkt_burst在驱动初始化的时候已经注册过了,对于ixgbe设备,就是ixgbe_recv_pkts()函数。

    在说收包之前,先了解网卡的DD标志,这个标志标识着一个描述符是否可用的情况:网卡在使用这个描述符前,先检查DD位是否为0,如果为0,那么就可以使用描述符,把数据拷贝到描述符指定的地址,之后把DD标志位置为1,否则表示不能使用这个描述符。而对于驱动而言,恰恰相反,在读取数据包时,先检查DD位是否为1,如果为1,表示网卡已经把数据放到了内存中,可以读取,读取完后,再把DD位设置为0,否则,就表示没有数据包可读。

    就重点从这个函数看看,数据包是怎么被取出来的。

    首先,取值rx_id = rxq->rx_tail,这个值初始化时为0,用来标识当前ring的尾。然后循环读取请求数量的描述符,这时候第一步判断就是这个描述符是否可用

    staterr = rxdp->wb.upper.status_error;
    if (!(staterr & rte_cpu_to_le_32(IXGBE_RXDADV_STAT_DD)))
        break;

    如果描述符的DD位不为1,则表明这个描述符网卡还没有准备好,也就是没有包!没有包,就跳出循环。

    如果描述符准备好了,就取出对应的描述符,因为网卡已经把一些信息存到了描述符里,可以后面把这些信息填充到新分配的数据包里。

    下面就是一个狸猫换太子的事了,先从mempool的ring中分配一个新的“狸猫”---mbuf

    nmb = rte_mbuf_raw_alloc(rxq->mb_pool);

    然后找到当前描述符对应的“太子”---ixgbe_rx_entry *rxe

    rxe = &sw_ring[rx_id];

    中间略掉关于预取的操作代码,之后,就要用这个狸猫换个太子

    rxm = rxe->mbuf;
    rxe->mbuf = nmb;

    这样换出来的太子rxm就是我们要取出来的数据包指针,在下面填充一些必要的信息,就可以把包返给接收的用户了

    rxm->data_off = RTE_PKTMBUF_HEADROOM;
    rte_packet_prefetch((char *)rxm->buf_addr + rxm->data_off);
    rxm->nb_segs = 1;
    rxm->next = NULL;
    rxm->pkt_len = pkt_len;
    rxm->data_len = pkt_len;
    rxm->port = rxq->port_id;
    
    pkt_info = rte_le_to_cpu_32(rxd.wb.lower.lo_dword.data);
    /* Only valid if PKT_RX_VLAN_PKT set in pkt_flags */
    rxm->vlan_tci = rte_le_to_cpu_16(rxd.wb.upper.vlan);
    
    pkt_flags = rx_desc_status_to_pkt_flags(staterr, vlan_flags);
    pkt_flags = pkt_flags | rx_desc_error_to_pkt_flags(staterr);
    pkt_flags = pkt_flags |
        ixgbe_rxd_pkt_info_to_pkt_flags((uint16_t)pkt_info);
    rxm->ol_flags = pkt_flags;
    rxm->packet_type =
        ixgbe_rxd_pkt_info_to_pkt_type(pkt_info,
                           rxq->pkt_type_mask);
    
    if (likely(pkt_flags & PKT_RX_RSS_HASH))
        rxm->hash.rss = rte_le_to_cpu_32(
                    rxd.wb.lower.hi_dword.rss);
    else if (pkt_flags & PKT_RX_FDIR) {
        rxm->hash.fdir.hash = rte_le_to_cpu_16(
                rxd.wb.lower.hi_dword.csum_ip.csum) &
                IXGBE_ATR_HASH_MASK;
        rxm->hash.fdir.id = rte_le_to_cpu_16(
                rxd.wb.lower.hi_dword.csum_ip.ip_id);
    }
    /*
     * Store the mbuf address into the next entry of the array
     * of returned packets.
     */
    rx_pkts[nb_rx++] = rxm;

    注意最后一句话,就是把包的指针返回给用户。

    其实在换太子中间过程中,还有一件非常重要的事要做,就是开头说的,在驱动读取完数据包后,要把描述符的DD标志位置为0,同时设置新的DMA地址指向新的mbuf空间,这么描述符就可以再次被网卡硬件使用,拷贝数据到mbuf空间了。

    dma_addr = rte_cpu_to_le_64(rte_mbuf_data_dma_addr_default(nmb));
    rxdp->read.hdr_addr = 0;
    rxdp->read.pkt_addr = dma_addr;

    rxdp->read.hdr_addr = 0;一句中,就包含了设置DD位为0。

    最后,就是检查空余可用描述符数量是否小于阀值,如果小于阀值,进行处理。不详细说了。

    这样过后,收取数据包就完成啦!Done!

    数据包的发送

    在说发送之前,先说一下描述符的回写(write-back),回写是指把用过后的描述符,恢复其重新使用的过程。在接收数据包过程中,回写是立马执行的,也就是DMA使用描述符标识包可读取,然后驱动程序读取数据包,读取之后,就会把DD位置0,同时进行回写操作,这个描述符也就可以再次被网卡硬件使用了。

    但是发送过程中,回写却不是立刻完成的。发送有两种方式进行回写:

    • 1.Updating by writing back into the Tx descriptor
    • 2.Update by writing to the head pointer in system memory

    第二种回写方式貌似针对的网卡比较老,对于82599,使用第一种回写方式。在下面三种情况下,才能进行回写操作:

    • 1.TXDCTL[n].WTHRESH = 0 and a descriptor that has RS set is ready to be written
      back.
    • 2.TXDCTL[n].WTHRESH > 0 and TXDCTL[n].WTHRESH descriptors have accumulated.
    • 3.TXDCTL[n].WTHRESH > 0 and the corresponding EITR counter has reached zero. The
      timer expiration flushes any accumulated descriptors and sets an interrupt event(TXDW).

    而在代码中,发送队列的初始化的时候,ixgbe_dev_tx_queue_setup()

    txq->pthresh = tx_conf->tx_thresh.pthresh;
    txq->hthresh = tx_conf->tx_thresh.hthresh;
    txq->wthresh = tx_conf->tx_thresh.wthresh;

    pthresh,hthresh,wthresh的值,都是从tx_conf中配置的默认值,而tx_conf如果在我们的应用中没有赋值的话,就是采用的默认值:

    dev_info->default_txconf = (struct rte_eth_txconf) {
        .tx_thresh = {
            .pthresh = IXGBE_DEFAULT_TX_PTHRESH,
            .hthresh = IXGBE_DEFAULT_TX_HTHRESH,
            .wthresh = IXGBE_DEFAULT_TX_WTHRESH,
        },
        .tx_free_thresh = IXGBE_DEFAULT_TX_FREE_THRESH,
        .tx_rs_thresh = IXGBE_DEFAULT_TX_RSBIT_THRESH,
        .txq_flags = ETH_TXQ_FLAGS_NOMULTSEGS |
                ETH_TXQ_FLAGS_NOOFFLOADS,
    };

    其中的wthresh就是0,其余两个是32.也就是说这种设置下,回写取决于RS标志位。RS标志位主要就是为了标识已经积累了一定数量的描述符,要进行回写了。

    了解了这个,就来看看代码吧,从ixgbe_xmit_pkts()开始,为了看主要的框架,我们忽略掉网卡卸载等相关的功能的代码,主要看发送和回写

    先检查剩余的描述符是否已经小于阈值,如果小于阈值,那么就先清理回收一下描述符

    if (txq->nb_tx_free < txq->tx_free_thresh)
            ixgbe_xmit_cleanup(txq);

    这是一个重要的操作,进去看看是怎么清理回收的:ixgbe_xmit_cleanup(txq)

    取出上次清理的描述符位置,很明显,这次清理就接着上次的位置开始。所以,根据上次的位置,加上txq->tx_rs_thresh个描述符,就是标记有RS的描述符的位置,因为,tx_rs_thresh就是表示这么多个描述符后,设置RS位,进行回写。所以,从上次清理的位置跳过tx_rs_thresh个描述符,就能找到标记有RS的位置。

    desc_to_clean_to = (uint16_t)(last_desc_cleaned + txq->tx_rs_thresh);

    当网卡把队列的数据包发送完成后,就会把DD位设置为1,这个时候,先检查标记RS位置的描述符DD位,如果已经设置为1,则可以进行清理回收,否则,就不能清理。

    接下来确认要清理的描述符个数

    if (last_desc_cleaned > desc_to_clean_to)
            nb_tx_to_clean = (uint16_t)((nb_tx_desc - last_desc_cleaned) +
                                desc_to_clean_to);
    else
        nb_tx_to_clean = (uint16_t)(desc_to_clean_to -
                        last_desc_cleaned);

    然后,就把标记有RS位的描述符中的RS位清掉,确切的说,DD位等都清空了。调整上次清理的位置和空闲描述符大小。

    txr[desc_to_clean_to].wb.status = 0;
    
    /* Update the txq to reflect the last descriptor that was cleaned */
    txq->last_desc_cleaned = desc_to_clean_to;
    txq->nb_tx_free = (uint16_t)(txq->nb_tx_free + nb_tx_to_clean);

    这样,就算清理完毕了!

    继续看发送,依次处理每个要发送的数据包:

    取出数据包,取出其中的卸载标志

    ol_flags = tx_pkt->ol_flags;
    
    /* If hardware offload required */
    tx_ol_req = ol_flags & IXGBE_TX_OFFLOAD_MASK;
    if (tx_ol_req) {
        tx_offload.l2_len = tx_pkt->l2_len;
        tx_offload.l3_len = tx_pkt->l3_len;
        tx_offload.l4_len = tx_pkt->l4_len;
        tx_offload.vlan_tci = tx_pkt->vlan_tci;
        tx_offload.tso_segsz = tx_pkt->tso_segsz;
        tx_offload.outer_l2_len = tx_pkt->outer_l2_len;
        tx_offload.outer_l3_len = tx_pkt->outer_l3_len;
    
        /* If new context need be built or reuse the exist ctx. */
        ctx = what_advctx_update(txq, tx_ol_req,
            tx_offload);
        /* Only allocate context descriptor if required*/
        new_ctx = (ctx == IXGBE_CTX_NUM);
        ctx = txq->ctx_curr;
    }

    这里卸载还要使用一个描述符,暂时不明白。

    计算了发送这个包需要的描述符数量,主要是有些大包会分成几个segment,每个segment

    nb_used = (uint16_t)(tx_pkt->nb_segs + new_ctx);

    如果这次要用的数量加上设置RS之后积累的数量,又到达了tx_rs_thresh,那么就设置RS标志。

    if (txp != NULL &&
            nb_used + txq->nb_tx_used >= txq->tx_rs_thresh)
    /* set RS on the previous packet in the burst */
    txp->read.cmd_type_len |=
        rte_cpu_to_le_32(IXGBE_TXD_CMD_RS);

    接下来要确保用足够可用的描述符

    如果描述符不够用了,就先进行清理回收,如果没能清理出空间,则把最后一个打上RS标志,更新队列尾寄存器,返回已经发送的数量。

    if (txp != NULL)
            txp->read.cmd_type_len |= rte_cpu_to_le_32(IXGBE_TXD_CMD_RS);
    
        rte_wmb();
    
        /*
         * Set the Transmit Descriptor Tail (TDT)
         */
        PMD_TX_LOG(DEBUG, "port_id=%u queue_id=%u tx_tail=%u nb_tx=%u",
               (unsigned) txq->port_id, (unsigned) txq->queue_id,
               (unsigned) tx_id, (unsigned) nb_tx);
        IXGBE_PCI_REG_WRITE_RELAXED(txq->tdt_reg_addr, tx_id);
        txq->tx_tail = tx_id;

    接下来的判断就很有意思了,

    unlikely(nb_used > txq->tx_rs_thresh)

    为什么说它奇怪呢?其实他自己都标明了unlikely,一个数据包会分为N多segment,多于txq->tx_rs_thresh(默认可是32啊),但即使出现了这种情况,也没做更多的处理,只是说会影响性能,然后开始清理描述符,其实这跟描述符还剩多少没有半毛钱关系,只是一个包占的描述符就超过了tx_rs_thresh,然而,并不见得是没有描述符了。所以,这时候清理描述符意义不明。

    下面的处理应该都是已经有充足的描述符了,如果卸载有标志,就填充对应的值。不详细说了。

    然后,就把数据包放到发送队列的sw_ring,并填充信息

    m_seg = tx_pkt;
        do {
            txd = &txr[tx_id];
            txn = &sw_ring[txe->next_id];
            rte_prefetch0(&txn->mbuf->pool);
    
            if (txe->mbuf != NULL)
                rte_pktmbuf_free_seg(txe->mbuf);
            txe->mbuf = m_seg;
    
            /*
             * Set up Transmit Data Descriptor.
             */
            slen = m_seg->data_len;
            buf_dma_addr = rte_mbuf_data_dma_addr(m_seg);
            txd->read.buffer_addr =
                rte_cpu_to_le_64(buf_dma_addr);
            txd->read.cmd_type_len =
                rte_cpu_to_le_32(cmd_type_len | slen);
            txd->read.olinfo_status =
                rte_cpu_to_le_32(olinfo_status);
            txe->last_id = tx_last;
            tx_id = txe->next_id;
            txe = txn;
            m_seg = m_seg->next;
        } while (m_seg != NULL);

    这里是把数据包的每个segment都放到队列sw_ring,很关键的是设置DMA地址,设置数据包长度和卸载参数。

    一个数据包最后的segment的描述符需要一个EOP标志来结束。再更新剩余的描述符数:

    cmd_type_len |= IXGBE_TXD_CMD_EOP;
    txq->nb_tx_used = (uint16_t)(txq->nb_tx_used + nb_used);
    txq->nb_tx_free = (uint16_t)(txq->nb_tx_free - nb_used);

    然后再次检查是否已经达到了tx_rs_thresh,并做处理

    if (txq->nb_tx_used >= txq->tx_rs_thresh) {
        PMD_TX_FREE_LOG(DEBUG,
                "Setting RS bit on TXD id="
                "%4u (port=%d queue=%d)",
                tx_last, txq->port_id, txq->queue_id);
    
        cmd_type_len |= IXGBE_TXD_CMD_RS;
    
        /* Update txq RS bit counters */
        txq->nb_tx_used = 0;
        txp = NULL;
    } else
        txp = txd;
    
    txd->read.cmd_type_len |= rte_cpu_to_le_32(cmd_type_len);

    最后仍是做一下末尾的处理,更新队列尾指针。发送就结束啦!!

    IXGBE_PCI_REG_WRITE_RELAXED(txq->tdt_reg_addr, tx_id);
    txq->tx_tail = tx_id;

    总结:

    可以看出数据包的发送和接收过程与驱动紧密相关,也与我们的配置有关,尤其是对于收发队列的参数配置,将直接影响性能,可以根据实际进行调整。对于收发虚拟化的部分,此文并未涉及,待后续有机会补充完整。

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