VPP（Vector Packet Processing）浅析

VPP简介

• VPP（Vector Packet Processing）是思科旗下的一款可拓展的开源框架，提供容易使用的、高质量的交换、路由功能
• 特点：高性能、运行在普通的cpu上。
• 优点：高性能、技术成熟、模块化、灵活性，有丰富的特征集。
• 可以允许任何人插入新的结点无需改动内核代码。
  

模块化、灵活性、可延展性

• VPP构建基于“包处理图”，意味着可以“插入”新的结点，变得容易拓展，可以自定义一些特定的功能。
• 插件如何运行：运行时，VPP平台从RX rings抓取所有可用包组成一个包向量，构建一个包处理图（包括插件）。并且图结点松耦合，使得新的插件易于使用，容易和现存图结点结合。

包处理的革新

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• 包处理由逐个处理变为处理一批的包（向量包）

VPP使用

• 你可以在VPP source tree上独立地构建一个插件。
• VPP可以用于构建各种包处理应用，可以基于负载均衡、防火墙等等，比如把负载均衡加到vSwitch上。
• VPP引擎运行在纯用户空间上，你不需要源代码即可扩展这个引擎的功能。
• 新的自定义图结点
• 重组图结点
• 新的低级别APIs

传统方法

• 所谓VPP向量报文处理是与传统的标量报文处理相对而言的。传统报文处理方式，同时也是人类常用的逻辑思维方式，即：报文是按照到达先后顺序来处理，第一个报文处理完，处理第二个，依次类推；A callsB calls C….return return return，函数会频繁嵌套调用，并最终返回。
• 简而言之，传统报文处理是对到来的包逐个处理，不加分类。
• 由此可见，传统标量报文处理有如下缺陷：

1. I-cache 抖动(cache时间局限性和空间局限性特点)

2. I-cache misses

3. 除了扩大cache外，没有变更方案。
   

VPP方法

• 简而言之，向量包处理采用了“分类”的思想，将一批报文分为一类，用一个图结点表示。按类处理，如果cache命中，则这一批报文都命中；否则则一批都未命中。未命中时，由传统的n个包未命中n次变为n个包未命中1次。
• VPP把一批底层硬件队列Rx ring收到的包，组成一个Packet Vector或者是一组包，借助于报文处理图Packet Processing graph来实现处理流程，图节点graph node把整个过程分解为一个个先后连接的服务node。这一组包（packet vector）被第一个graph node节点的任务处理，然后依次被第二个graph node节点的任务处理，依次类推，
• 由于向量报文中的第一个报文packet-1为I-cache进行了热身，向量报文中剩下报文的处理性能可以直接达到极限，I-cache 缺失的固定开销平摊到了整个向量处理中，使单个报文的处理开销显著降低。
  由此可见，向量报文处理解决了标量处理的主要性能缺陷，并有具有如下优点：

1. 缓解了I-cache抖动问题
2. 向量报文进行预取缓解了读时延问题，高性能并且更加稳定

为什么叫向量包

• 这种方法解决了堆栈地址上堆栈深度/ D缓存未命中相关的问题。 它改善了“电路时间”。 “电路”是抓取来自设备RX环的所有可用分组的循环，形成由按照RX顺序的分组索引组成的“帧”（矢量），通过有向图节点运行分组，并返回到RX 环。 随着数据包处理的继续，电路时间基于提供的负载达到稳定的平衡。

丰富的特性

• VPP可应用于