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DPDK(Data Plane Development Kit)是数据平面开发工具包，由用于加速在各种CPU架构上运行的数据包处理的库组成。
在Linux上捕获数据包有多种方式，常见的有libpcap，pf-ring等。DPDK以高性能著称，想必相比传统的数据包捕获方式，一定有其独到之处。
本文主要就DPDK所使用的技术点进行宏观的说明，并将其与libpcap，pf-ring进行对比，若有写的不对的地方请帮忙指出。
参考文档:
[1]绝对干货！初学者也能看懂的DPDK解析
[2]Linux 设备驱动之 UIO 机制（基本概念）
[3]PF_RING学习笔记
若出现侵权请联系作者删除。
1.DPDK 技术特点
传统的数据包捕获瓶颈往往在于Linux Kernel，数据流需要经过Linux Kernel，就会带来Kernel Spcae和User Space数据拷贝的消耗；系统调用的消耗；中断处理的消耗等。
DPDK针对Linux Kernel传统的数据包捕获模式的问题，进行了一定程度的优化。DPDK的优化可以概括为:
UIO+mmap 实现零拷贝（zero copy）
UIO+PMD 减少中断和CPU上下文切换
HugePages 减少TLB miss
其他代码优化
2.UIO
2.1 UIO简介
UIO（Userspace I/O）是运行在用户空间的I/O技术。Linux系统中一般的驱动设备都是运行在内核空间，而在用户空间用应用程序调用即可，而UIO则是将驱动的很少一部分运行在内核空间，而在用户空间实现驱动的绝大多数功能。
图片引自百度百科
一个设备驱动的主要任务有两个：
存取设备的内存
处理设备产生的中断
如上图所示，对于存取设备的内存 ，UIO 核心实现了mmap()；对于处理设备产生的中断，内核空间有一小部分代码用处理中断，用户空间通过read()接口/dev/uioX来读取中断。
2.2 DPDK UIO机制
采用Linux提供UIO机制，可以旁路Kernel，将所有报文处理的工作在用户空间完成。
图片引自参考文档[1]
如上图，左边是传统的数据包获取方式，路径为:
网卡 -> Kernel驱动 -> Kernel TCP/IP协议栈 -> Socket接口 -> 业务
右边是DPDK的方式，基于UIO。数据路径为:
网卡 -> DPDK轮询模式-> DPDK基础库 -> 业务
2.3 DPDK 零拷贝（Zero Copy）
通过UIO+mmap 实现数据零拷贝（zero copy）是DPDK的特点之一。那么常规的Linux Kernel（libpcap）以及pf-ring处理数据包的流程要进行几次数据拷贝呢？
libpcap
libpcap采用的是传统的数据包获取方式，如上图左边路径。
网卡接收到数据包后，第一步需要把数据从网卡拷贝到主存（RX buffer）中。但是在这个拷贝的过程中使用了DMA（Direct Memory Access）技术。DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。由CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成，CPU是不需要参与，也不会产生CPU资源消耗。因此这个第一步的拷贝可以忽略。
第二步，Kernel会将网卡通过DMA传输进入主存（RX buffer）的内容拷贝一份进行处理，这里进行了一次数据拷贝。
第三步，由于内核空间和用户空间的内存是不共享的，Kernel会将数据包内容再进行一次拷贝用于用户空间使用。
综上，传统的数据包捕获方式（libpcap）会进行两次数据包拷贝。
pf-rfing
pf-ring采用mmap()将传统的两次拷贝减少至一次拷贝。
第一步，同样使用DMA技术，把数据从网卡拷贝到主存（RX buffer）中。
第二步，pf-ring会将网卡通过DMA传输进入主存（RX buffer）的内容拷贝一份放入环形缓冲区中（ring）中，这里进行了一次数据拷贝。
第三步，使用mmap()将环形缓冲区映射至用户空间，用户空间可以直接访问这个环形缓冲区中的数据。
pf-ring zc
pf-ring zc（zero copy）更是将pf-ring的一次拷贝也省去，达到了零拷贝的目的，具体的：
第一步，使用DMA技术，把数据从网卡拷贝到主存（RX buffer）中。
第二步，使用mmap()直接将RX buffer的数据映射到用户用户空间，使用户空间可以直接访问RX buffer的数据。
下图非常清晰地展示了pf-ring zc实现零拷贝的过程：
图片引自参考文档[3]
DPDK
DPDK实现零拷贝的方式与pf-ring zc类似，首先通过DMA将网卡数据拷贝至主存（RX buffer）；随后使用mmap()直接将RX buffer的数据映射到用户用户空间，使用户空间可以直接访问RX buffer的数据，以此实现了零拷贝。
由上述可以看出，pf-ring zc和dpdk均可以实现数据包的零拷贝，两者均旁路了内核，但是实现原理略有不同。pf-ring zc通过zc驱动（也在应用层）接管数据包，dpdk基于UIO实现。
