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【转载】AF_XDP技术详解

时间:2022-08-27 09:44:06浏览次数:82  
标签:__ map AF 详解 XDP xsk ring RING

原文信息
作者:rexrock
出处:https://rexrock.github.io/post/af_xdp1/

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AF_XDP是一个协议族(例如AF_NET),主要用于高性能报文处理。

前文XDP技术简介中提到过,通过XDP_REDIRECT我们可以将报文重定向到其他设备发送出去或者重定向到其他的CPU继续进行处理。而AF_XDP则利用 bpf_redirect_map()函数,实现将报文重定向到用户态一块指定的内存中,接下来我们看一下这到底是如何做到的。

我们使用普通的 socket() 系统调用创建一个AF_XDP套接字(XSK)。每个XSK都有两个ring:RX RING 和 TX RING。套接字可以在 RX RING 上接收数据包,并且可以在 TX RING 环上发送数据包。这些环分别通过setockopts()的 XDP_RX_RING 和 XDP_TX_RING 进行注册和调整大小。每个 socket 必须至少有一个这样的环。RX或TX描述符环指向存储区域(称为UMEM)中的数据缓冲区。RX和TX可以共享同一UMEM,因此不必在RX和TX之间复制数据包。

UMEM也有两个 ring:FILL RING 和 COMPLETION RING。应用程序使用 FILL RING 向内核发送可以承载报文的 addr (该 addr 指向UMEM中某个chunk),以供内核填充RX数据包数据。每当收到数据包,对这些 chunks 的引用就会出现在RX环中。另一方面,COMPLETION RING包含内核已完全传输的 chunks 地址,可以由用户空间再次用于 TX 或 RX。

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关于ring,熟悉dpdk的同学应该都不陌生,这里只做简单介绍。ring就是一个固定长度的数组,并且同时拥有一个生产者和一个消费者,生产者向数组中逐个填写数据,消费者从数组中逐个读取生产者填充的数据,生产者和消费者都用数组的下标表示,不断累加,像一个环一样不断重复生产然后消费的动作,因此得名ring。
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此外需要注意的事,AF_XDP socket不再通过 send()/recv()等函数实现报文收发,而实通过直接操作ring来实现报文收发。

  1. FILL RING

fill_ring 的生产者是用户态程序,消费者是内核态中的XDP程序;

用户态程序通过 fill_ring 将可以用来承载报文的 UMEM frames 传到内核,然后内核消耗 fill_ring 中的元素(后文统一称为 desc),并将报文拷贝到desc中指定地址(该地址即UMEM frame的地址);

  1. COMPLETION RING

completion_ring 的生产者是XDP程序,消费者是用户态程序;

当内核完成XDP报文的发送,会通过 completion_ring 来通知用户态程序,哪些报文已经成功发送,然后用户态程序消耗 completion_ring 中 desc(只是更新consumer计数相当于确认);

  1. RX RING

rx_ring的生产者是XDP程序,消费者是用户态程序;

XDP程序消耗 fill_ring,获取可以承载报文的 desc并将报文拷贝到desc中指定的地址,然后将desc填充到 rx_ring 中,并通过socket IO机制通知用户态程序从 rx_ring 中接收报文;

  1. TX RING

tx_ring的生产者是用户态程序,消费者是XDP程序;

用户态程序将要发送的报文拷贝 tx_ring 中 desc指定的地址中,然后 XDP程序 消耗 tx_ring 中的desc,将报文发送出去,并通过 completion_ring 将成功发送的报文的desc告诉用户态程序;

1. 用户态程序

1.1 创建AF_XDP的socket

xsk_fd = socket(AF_XDP, SOCK_RAW, 0);

这一步没什么好展开的。

1.2 为UMEM申请内存

上文提到UMEM是一块包含固定大小chunk的内存,我们可以通过malloc/mmap/hugepages申请。下文大部分代码出自kernel samples。

    bufs = mmap(NULL, NUM_FRAMES * opt_xsk_frame_size,
                         PROT_READ | PROT_WRITE,
                         MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | opt_mmap_flags, -1, 0);
    if (bufs == MAP_FAILED) {
        printf("ERROR: mmap failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

1.3 向AF_XDP socket注册UMEM

        struct xdp_umem_reg mr;
        memset(&mr, 0, sizeof(mr));
        mr.addr = (uintptr_t)umem_area; // umem_area即上面通过mmap申请到内存起始地址
        mr.len = size;
        mr.chunk_size = umem->config.frame_size;
        mr.headroom = umem->config.frame_headroom;
        mr.flags = umem->config.flags;

        err = setsockopt(umem->fd, SOL_XDP, XDP_UMEM_REG, &mr, sizeof(mr));
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }

其中xdp_umem_reg结构定义在 usr/include/linux/if_xdp.h中:

struct xdp_umem_reg {
        __u64 addr; /* Start of packet data area */
        __u64 len; /* Length of packet data area */
        __u32 chunk_size;
        __u32 headroom;
        __u32 flags;
};

成员解析:

  • addr就是UMEM内存的起始地址;
  • len是整个UMEM内存的总长度;
  • chunk_size就是每个chunk的大小;
  • headroom,如果设置了,那么报文数据将不是从每个chunk的起始地址开始存储,而是要预留出headroom大小的内存,再开始存储报文数据,headroom在隧道网络中非常常见,方便封装外层头部;
  • flags, UMEM还有一些更复杂的用法,通过flag设置,后面再进一步展开;

1.4 创建FILL RING 和 COMPLETION RING

我们通过 setsockopt() 设置 FILL/COMPLETION/RX/TX ring的大小(在我看来这个过程相当于创建,不设置大小的ring是没有办法使用的)。

FILL RING 和 COMPLETION RING是UMEM必须,RX和TX则是 AF_XDP socket二选一的,例如AF_XDP socket只收包那么只需要设置RX RING的大小即可。

        err = setsockopt(umem->fd, SOL_XDP, XDP_UMEM_FILL_RING,
                         &umem->config.fill_size,
                         sizeof(umem->config.fill_size));
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }
        err = setsockopt(umem->fd, SOL_XDP, XDP_UMEM_COMPLETION_RING,
                         &umem->config.comp_size,
                         sizeof(umem->config.comp_size));
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }

上述操作相当于创建了 FILL RING 和 和 COMPLETION RING,创建ring的过程主要是初始化 producer 和 consumer 的下标,以及创建ring数组。

问题来了:

上文提到,用户态程序是 FILL RING 的生产者和 CONPLETION RING 的消费者,上面2个 ring 的创建是在内核中创建了 ring 并初始化了其相关成员。那么用户态程序如何操作这两个位于内核中的 ring 呢?所以接下来我们需要将整个 ring 映射到用户态空间。

1.5 将FILL RING 映射到用户态

第一步是获取内核中ring结构各成员的偏移,因为从5.4版本开始后,ring结构中除了 producer、consumer、desc外,又新增了一个flag成员。所以用户态程序需要先获取 ring 结构中各成员的准确便宜,才能在mmap() 之后准确识别内存中各成员位置。

        err = xsk_get_mmap_offsets(umem->fd, &off);
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }

xsk_get_mmap_offsets() 函数主要是通过getsockopt函数实现这一功能:

        err = getsockopt(fd, SOL_XDP, XDP_MMAP_OFFSETS, off, &optlen);
        if (err)
                return err;

一切就绪,开始将内核中的 FILL RING 映射到用户态程序中:

        map = mmap(NULL, off.fr.desc + umem->config.fill_size * sizeof(__u64),
                   PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, umem->fd,
                   XDP_UMEM_PGOFF_FILL_RING);
        if (map == MAP_FAILED) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }

        umem->fill = fill;
        fill->mask = umem->config.fill_size - 1;
        fill->size = umem->config.fill_size;
        fill->producer = map + off.fr.producer;
        fill->consumer = map + off.fr.consumer;
        fill->flags = map + off.fr.flags;
        fill->ring = map + off.fr.desc;
        fill->cached_cons = umem->config.fill_size;

上面代码需要关注的一点是 mmap() 函数中指定内存的长度——off.fr.desc + umem->config.fill_size * sizeof(__u64),umem->config.fill_size * sizeof(__u64)没什么好说的,就是ring数组的长度,而 off.fr.desc 则是ring结构体的长度,我们先看下内核中ring结构的定义:

struct xdp_ring_offset {
        __u64 producer;
        __u64 consumer;
        __u64 desc;
};

这是没有flag的定义,无伤大雅。这里desc的地址其实就是ring数组的起始地址了。而off.fr.desc是desc相对 ring 结构体起始地址的偏移,相当于结构体长度。我们用一张图来看下ring所在内存的结构分布:

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后面一堆赋值代码没什么好讲的,umem->fill 是用户态程序自定义的一个结构体,其成员 producer、consumer、flags、ring都是指针,分别指向实际ring结构中的对应成员,umem->fill中的其他成员主要在后面报文收发时用到,起辅助作用。

1.6 将COMPLETION RING 映射到用户态

跟上面 FILL RING 的映射一样,只贴代码好了:

        map = mmap(NULL, off.cr.desc + umem->config.comp_size * sizeof(__u64),
                   PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE, umem->fd,
                   XDP_UMEM_PGOFF_COMPLETION_RING);
        if (map == MAP_FAILED) {
                err = -errno;
                goto out_mmap;
        }

        umem->comp = comp;
        comp->mask = umem->config.comp_size - 1;
        comp->size = umem->config.comp_size;
        comp->producer = map + off.cr.producer;
        comp->consumer = map + off.cr.consumer;
        comp->flags = map + off.cr.flags;
        comp->ring = map + off.cr.desc;

1.7 创建RX RING和TX RING然后mmap

这里和 FILL RING 以及 COMPLETION RING的做法基本完全一致,只贴代码:

        if (rx) {
                err = setsockopt(xsk->fd, SOL_XDP, XDP_RX_RING,
                                 &xsk->config.rx_size,
                                 sizeof(xsk->config.rx_size));
                if (err) {
                        err = -errno;
                        goto out_socket;
                }
        }
        if (tx) {
                err = setsockopt(xsk->fd, SOL_XDP, XDP_TX_RING,
                                 &xsk->config.tx_size,
                                 sizeof(xsk->config.tx_size));
                if (err) {
                        err = -errno;
                        goto out_socket;
                }
        }

        err = xsk_get_mmap_offsets(xsk->fd, &off);
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_socket;
        }

        if (rx) {
                rx_map = mmap(NULL, off.rx.desc +
                              xsk->config.rx_size * sizeof(struct xdp_desc),
                              PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE,
                              xsk->fd, XDP_PGOFF_RX_RING);
                if (rx_map == MAP_FAILED) {
                        err = -errno;
                        goto out_socket;
                }

                rx->mask = xsk->config.rx_size - 1;
                rx->size = xsk->config.rx_size;
                rx->producer = rx_map + off.rx.producer;
                rx->consumer = rx_map + off.rx.consumer;
                rx->flags = rx_map + off.rx.flags;
                rx->ring = rx_map + off.rx.desc;
        }
        xsk->rx = rx;

        if (tx) {
                tx_map = mmap(NULL, off.tx.desc +
                              xsk->config.tx_size * sizeof(struct xdp_desc),
                              PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_POPULATE,
                              xsk->fd, XDP_PGOFF_TX_RING);
                if (tx_map == MAP_FAILED) {
                        err = -errno;
                        goto out_mmap_rx;
                }

                tx->mask = xsk->config.tx_size - 1;
                tx->size = xsk->config.tx_size;
                tx->producer = tx_map + off.tx.producer;
                tx->consumer = tx_map + off.tx.consumer;
                tx->flags = tx_map + off.tx.flags;
                tx->ring = tx_map + off.tx.desc;
                tx->cached_cons = xsk->config.tx_size;
        }
        xsk->tx = tx;

1.8 调用bind()将AF_XDP socket绑定的指定设备的某一队列

        sxdp.sxdp_family = PF_XDP;
        sxdp.sxdp_ifindex = xsk->ifindex;
        sxdp.sxdp_queue_id = xsk->queue_id;
        sxdp.sxdp_flags = xsk->config.bind_flags;

        err = bind(xsk->fd, (struct sockaddr *)&sxdp, sizeof(sxdp));
        if (err) {
                err = -errno;
                goto out_mmap_tx;
        }

2. 内核态程序

相比用户态程序的一堆操作,内核态XDP程序看起来要简单的多。

XDP技术简介我们曾介绍过,XDP程序利用 bpf_reditrct() 函数可以将报文重定向到其他设备发送出去或者重定向到其他CPU继续处理,后来又发展出了bpf_redirect_map()函数,可以将重定向的目的地保存在map中。AF_XDP 正是利用了 bpf_redirect_map() 函数以及 BPF_MAP_TYPE_XSKMAP 类型的 map 实现将报文重定向到用户态程序。

2.1 创建BPF_MAP_TYPE_XSKMAP类型的map

该类型map的key是网口设备的queue_id,value则是该queue上绑定的AF_XDP socket fd,所以通常需要为每个网口设备各自创建独立的map,并在用户态将对应的queue_id->xsk_fd存储到map中。

static int xsk_create_bpf_maps(struct xsk_socket *xsk)
{
        int max_queues;
        int fd;

        max_queues = xsk_get_max_queues(xsk);
        if (max_queues < 0)
                return max_queues;

        fd = bpf_create_map_name(BPF_MAP_TYPE_XSKMAP, "xsks_map",
                                 sizeof(int), sizeof(int), max_queues, 0);
        if (fd < 0)
                return fd;

        xsk->xsks_map_fd = fd;

        return 0;
}

bpf_create_map_name参数详解:

  • BPF_MAP_TYPE_XSKMAP,map类型
  • "xsks_map",map的名字
  • sizeof(int),分别指定key和vlue的size
  • max_queues,map大小
  • 0, map_flags

2.2 XDP程序代码

        /* This is the C-program:
         * SEC("xdp_sock") int xdp_sock_prog(struct xdp_md *ctx)
         * {
         *     int index = ctx->rx_queue_index;
         *
         *     // A set entry here means that the correspnding queue_id
         *     // has an active AF_XDP socket bound to it.
         *     if (bpf_map_lookup_elem(&xsks_map, &index))
         *         return bpf_redirect_map(&xsks_map, index, 0);
         *
         *     return XDP_PASS;
         * }
         */

是不是非常的简单,真正的redirect操作只有一行代码。

2.3 XDP程序的加载

static int xsk_load_xdp_prog(struct xsk_socket *xsk)
{
        static const int log_buf_size = 16 * 1024;
        char log_buf[log_buf_size];
        int err, prog_fd;

        /* This is the C-program:
         * SEC("xdp_sock") int xdp_sock_prog(struct xdp_md *ctx)
         * {
         *     int index = ctx->rx_queue_index;
         *
         *     // A set entry here means that the correspnding queue_id
         *     // has an active AF_XDP socket bound to it.
         *     if (bpf_map_lookup_elem(&xsks_map, &index))
         *         return bpf_redirect_map(&xsks_map, index, 0);
         *
         *     return XDP_PASS;
         * }
         */
        struct bpf_insn prog[] = {
                /* r1 = *(u32 *)(r1 + 16) */
                BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_1, BPF_REG_1, 16),
                /* *(u32 *)(r10 - 4) = r1 */
                BPF_STX_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, BPF_REG_1, -4),
                BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
                BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4),
                BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, xsk->xsks_map_fd),
                BPF_EMIT_CALL(BPF_FUNC_map_lookup_elem),
                BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_0),
                BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_0, 2),
                /* if r1 == 0 goto +5 */
                BPF_JMP_IMM(BPF_JEQ, BPF_REG_1, 0, 5),
                /* r2 = *(u32 *)(r10 - 4) */
				                BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, xsk->xsks_map_fd),
                BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_2, BPF_REG_10, -4),
                BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_3, 0),
                BPF_EMIT_CALL(BPF_FUNC_redirect_map),
                /* The jumps are to this instruction */
                BPF_EXIT_INSN(),
        };
        size_t insns_cnt = sizeof(prog) / sizeof(struct bpf_insn);

        prog_fd = bpf_load_program(BPF_PROG_TYPE_XDP, prog, insns_cnt,
                                   "LGPL-2.1 or BSD-2-Clause", 0, log_buf,
                                   log_buf_size);
        if (prog_fd < 0) {
                pr_warning("BPF log buffer:\n%s", log_buf);
                return prog_fd;
        }

        err = bpf_set_link_xdp_fd(xsk->ifindex, prog_fd, xsk->config.xdp_flags);
        if (err) {
                close(prog_fd);
                return err;
        }

        xsk->prog_fd = prog_fd;
        return 0;
}

XDP程序的load

调用函数 bpf_load_program() 之前的代码不用关心。通常 eBPF 程序使用 C 语言的一个子集(restricted C)编写,然后通过 LLVM 编译成字节码注入到内核执行。由于本例中XDP程序代码比较简单,功力深厚的作者直接将其编写为 eBPF(JIT)可识别的字节码,然后直接调用 bpf_load_program() 函数将字节码程序加载到内核中。

XDP程序的attach

XDP程序加载成功会返回对应的fd(后面统称为prog_fd),但是此时XDP程序还不会被执行(所有的eBPF都需要经过load和attach两步才能被触发执行,load只是将程序加载到内核中,attach将程序添加到hook点后,程序才能真正被触发执行)。我们调用函数 bpf_set_link_xdp_fd() 函数将XDP程序attach到指定网口设备的驱动中的hook点。

注意: AF_XDP socket是跟指定网口设备的队列绑定,而XDP程序则是跟指定的网口设备绑定(attach)。

3. 回到用户态,让程序run起来

经过前面两步,AF_XDP socket、UMEM、FILL/COMPLETION/RX/TX RING 都创建设置好了,XSKMAP 和XDP PROG 也都加载好了。但是要想让XDP程序把报文传到用户态程序,我们还得再进行两补操作。

3.1 将AF_XDP socket存储到XSKMAP中

前面介绍XSKMAP的时候,大家应该都想到这一步了,所以只贴代码不说话:

static int xsk_set_bpf_maps(struct xsk_socket *xsk)
{
        return bpf_map_update_elem(xsk->xsks_map_fd, &xsk->queue_id,
                                   &xsk->fd, 0);
}

3.2 标题先卖个关子

前面我们介绍过4种ring,分别对应收发包两个场景(收包:FILL/RX ring,发包:TX/COMPLETION RING),我画个图分别描述一下收发包场景。

3.2.1 先看收包

收包
收包过程是由XDP程序触发的,但是XDP程序收包,需要依赖用户态程序填充FILL RING,将可以承载报文的desc告诉XDP程序。所以在用户态程序初始化阶段,我们需要先填充FILL RING,直接看代码:

        ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->umem->fq,
                                     XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS,
                                     &idx);
        if (ret != XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS)
                exit_with_error(-ret);
        for (i = 0; i < XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS; i++)
                *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx++) =
                        i * opt_xsk_frame_size;
        xsk_ring_prod__submit(&xsk->umem->fq,
                              XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS);

三个经过封装的函数,看起来不明觉厉,咱们一个一个看:

1. xsk_ring_prod__reserve

static inline size_t xsk_ring_prod__reserve(struct xsk_ring_prod *prod,
                                            size_t nb, __u32 *idx)
{
        if (xsk_prod_nb_free(prod, nb) < nb)
                return 0;

        *idx = prod->cached_prod;
        prod->cached_prod += nb;

        return nb;
}

这个函数前面先判断一下:我现在想生产nb个数据,ring里有没有足够的地方放啊?没有的话直接退出,等会再试试。

vhostuser里再这块有个BUG,前端程序想发包发现ring里空间不够了,而后端驱动处理又由于有有问题的判断,导致报文已发的报文一直不被处理,结果造成死锁,以后别的文章中再介绍吧。

如果有足够的空间,那么会将生产者当前下标(cached_prog)赋值给idx,因为退出函数后会根据从这个idx指向的位置开始生产desc,最后cached_prod + nb。

为什么要有个cached_prog呢?

因为生产数据这个过程需要分几步完成,所以这个东西应该为了多线程同步吧。

2. xsk_ring_prod__fill_addr

static inline __u64 *xsk_ring_prod__fill_addr(struct xsk_ring_prod *fill,
                                              __u32 idx)
{
        __u64 *addrs = (__u64 *)fill->ring;

        return &addrs[idx & fill->mask];
}

看这段代码前,我们先看下ring中元素xdp_desc的成员结构:

struct xdp_desc {
        __u64 addr;
        __u32 len;
        __u32 options;
};

成员解析

  • addr指向UMEM中某个帧的具体位置,并且不是真正的虚拟内存地址,而是相对UMEM内存起始地址的偏移。
  • len则是指报文的具体的长度,当XDP程序向desc填充报文的时候需要设置len,但是用户态程序向FILL RING中填充desc则不用关心len。

所以上面xsk_ring_prod__fill_addr的功能就好理解了,返回的ring中下标为idx处的desc中addr的指针;并且在函数返回后对addr进行了赋值,再看下这块代码,可以看到赋值给addr是个偏移量:

        for (i = 0; i < XSK_RING_PROD__DEFAULT_NUM_DESCS; i++)
                *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx++) =
                        i * opt_xsk_frame_size;
  1. xsk_ring_prod__submit
static inline void xsk_ring_prod__submit(struct xsk_ring_prod *prod, size_t nb)
{
        /* Make sure everything has been written to the ring before indicating
         * this to the kernel by writing the producer pointer.
         */
        libbpf_smp_wmb();

        *prod->producer += nb;
}

数据填充完毕,更新生产者下标。

说明:下标永远指向下一个可填充数据位置。

3.2.2 再看发包

发包

发包真的没啥好说的。初始化的时候不用管,想发包的时候直接就发啦。

4. 收包流程解析

收包
AF_XDP socket毕竟也是socket,所以select/poll/epoll这些函数都能用的,怎么用这里不介绍了。

我们只看具体从一个AF_XDP socket收包的过程:

static void rx_drop(struct xsk_socket_info *xsk, struct pollfd *fds)
{
        unsigned int rcvd, i;
        u32 idx_rx = 0, idx_fq = 0;
        int ret;

        rcvd = xsk_ring_cons__peek(&xsk->rx, BATCH_SIZE, &idx_rx);
        if (!rcvd) {
                if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->umem->fq))
                        ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
                return;
        }

        ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->umem->fq, rcvd, &idx_fq);
        while (ret != rcvd) {
                if (ret < 0)
                        exit_with_error(-ret);
                if (xsk_ring_prod__needs_wakeup(&xsk->umem->fq))
                        ret = poll(fds, num_socks, opt_timeout);
                ret = xsk_ring_prod__reserve(&xsk->umem->fq, rcvd, &idx_fq);
        }

        for (i = 0; i < rcvd; i++) {
                u64 addr = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx)->addr;
                u32 len = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx++)->len;
                u64 orig = xsk_umem__extract_addr(addr);

                addr = xsk_umem__add_offset_to_addr(addr);
                char *pkt = xsk_umem__get_data(xsk->umem->buffer, addr);

                hex_dump(pkt, len, addr);
                *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx_fq++) = orig;
        }

        xsk_ring_prod__submit(&xsk->umem->fq, rcvd);
        xsk_ring_cons__release(&xsk->rx, rcvd);
        xsk->rx_npkts += rcvd;
}

该函数并没有对报文做什么复杂处理,只是hex_dump了一下,整个收发包分五个步骤:

1. xsk_ring_cons__peek()

开始对RX RING进行消费,返回消费者下标和消费个数,并累加cached_cons;

2. xsk_ring_prod__reserve

开始对FILL RING进行生产,返回生产者下标和生产个数,并累加cached_prod;

3. 报文处理

处理从RX RING中收到的报文,并回填到FILL RING中;

        for (i = 0; i < rcvd; i++) {
                u64 addr = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx)->addr;
                u32 len = xsk_ring_cons__rx_desc(&xsk->rx, idx_rx++)->len;
                u64 orig = xsk_umem__extract_addr(addr);

                addr = xsk_umem__add_offset_to_addr(addr);
                char *pkt = xsk_umem__get_data(xsk->umem->buffer, addr);

                hex_dump(pkt, len, addr);
                *xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx_fq++) = orig;
        }

从desc中读取addr,并通过 xsk_umem__get_data() 函数得到报文真正的虚拟地址,然后 hex_dump()下。

static inline void *xsk_umem__get_data(void *umem_area, __u64 addr)
{
        return &((char *)umem_area)[addr];
}

然后将处理完报文所在的 UMEM 帧回填到FILL RING中:

*xsk_ring_prod__fill_addr(&xsk->umem->fq, idx_fq++) = orig;

4. xsk_ring_prod__submit(&xsk->umem->fq, rcvd)

完成对RX RING的消费,更新消费者下标;

5. xsk_ring_cons__release(&xsk->rx, rcvd)

完成对FILL RING的生产,更新生产者下标;

5. 结语

关于AF_XDP的使用及背后原理暂且分析到这,目前AF_XDP已经在ovs、dpdk、cilium中应用,相应的文档下面有链接。如有错误纰漏,欢迎大家拍砖。

相关代码均出自kernel:

samples/bpf/xdpsock_user.c
tools/lib/bpf/xsk.c
tools/lib/bpf/xsk.h
net/xdp/xsk.c
net/xdp/xsk.h
usr/include/linux/if_xdp.h

相关参考文档如下:

Kernel document for AF_XDP

Man for bpf

Openvswitch and XDP

DPDK and XDP

性能对比

编译内核源码中的示例代码

标签:__,map,AF,详解,XDP,xsk,ring,RING
From: https://www.cnblogs.com/wsg1100/p/16629852.html

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