DPDK ip_fragmentation 深度指南：内存池机制与虚拟化验证
DPDK ip_fragmentation 深度指南：内存池机制与虚拟化验证
DPDK ip_fragmentation 深度指南：内存池机制与虚拟化验证
本文档详细介绍了 DPDK 中 IP 分片的实现原理，特别是 direct_pool 与 indirect_pool 的协作机制，并提供了基于虚拟网卡的验证方案。
1. 核心概念：Direct vs. Indirect Pool
在 ip_fragmentation 示例中，定义了两个关键内存池，其区别如下：
| 特性 | socket_direct_pool (直接内存池) | socket_indirect_pool (间接内存池) |
|---|---|---|
| Mbuf 类型 | Direct Mbuf | Indirect Mbuf |
| 数据区 | 自带独立的数据缓冲区 (Data Buffer) | 不带数据缓冲区 |
| 数据来源 | 存储完整包或第一个分片的头部+数据 | 通过指针引用原始 Direct Mbuf 的数据区 |
| 用途 | 接收数据包、存储第一个分片 | 存储后续分片，实现零拷贝 (Zero-Copy) |
| 内存开销 | 较大 (Mbuf头 + Data Buffer) | 极小 (仅 Mbuf 结构体) |
2. 分片处理流程 (rte_ipv4_fragment_packet)
以下是该函数如何利用两个内存池进行高效分片的逻辑流程：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
[ 输入大包 (Input Mbuf) ]
|
v
+---------------------------------------------------------------------------------------+
| rte_ipv4_fragment_packet(input_mbuf, out_pkts[], nb_pkts, mtu, direct_pool, indirect_pool) |
+---------------------------------------------------------------------------------------+
|
v
[ 检查: 是否超过 MTU? ]
/ \
NO YES
| v
[ 直接转发 ] [ 计算分片数量 N ]
|
+----------------------------------------------------+--------------------------------------+
| 分片循环 (i = 0 to N-1) |
+------------------------------------------------------------------------------------------+
| |
| < 索引 i == 0 ? > --------------------------------------------------+ |
| / \ | |
| YES NO (后续分片) | |
| | | | |
| v v | |
| [ 申请 mbuf ] [ 申请 mbuf ] |
| 来源: 来源: |
| DIRECT POOL INDIRECT POOL |
| | | |
| v v |
| [ 填充数据 ] [ 挂载数据 (Attach) ] |
| - 复制协议头 - 指向 input_mbuf 数据区的特定偏移 |
| - **零拷贝引用**，不发生数据 memcpy |
| |
| v v |
| [ 更新 IP 头 ] [ 更新 IP 头 ] |
| - 设置 Len/Flags - 设置 Len/Flags (MF=1 或 0) |
| - 设置 Offset - 设置分片 Offset |
| - 计算 Checksum - 计算 Checksum |
| |
| +--------------+---------------------------------------------------+ |
| | |
| v |
| [ 放入 out_pkts[i] 数组 ] |
+------------------------------------------------------------------------------------------+
3. 虚拟网卡验证方案 (net_tap)
3.1 环境准备
使用 net_tap 创建两个虚拟端口，分别作为输入和输出。
1
2
3
4
5
# 启动程序
sudo ./build/examples/dpdk-ip_fragmentation -l 1 -n 4 \
--vdev=net_tap0,iface=dtap0 \
--vdev=net_tap1,iface=dtap1 \
-- -p 3 -q 2
3.2 流量生成脚本 (send_huge_pkt.py)
构造超过 1500 字节的包发送至 dtap0：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
import socket, struct
# 构造以太网头 + 2000 字节载荷的 IPv4 包
# DstIP 需匹配 LPM 表路由 (例如 100.20.0.1 -> Port 1)
def create_large_pkt():
eth = struct.pack('!6s6sH', b'\x02\x00\x00\x00\x00\x00', b'\x02\x00\x00\x00\x00\x01', 0x0800)
iph = struct.pack('!BBHHHBBH4s4s', 0x45, 0, 2020, 12345, 0, 64, 17, 0,
socket.inet_aton('100.10.0.1'), socket.inet_aton('100.20.0.1'))
return eth + iph + b'A' * 2000
# 发送至 dtap0
s = socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW)
s.bind(("dtap0", 0))
s.send(create_large_pkt())
3.3 验证结果
在 dtap1 上使用 tcpdump 观察：
1
sudo tcpdump -n -i dtap1 ip -v
预期现象：看到两个分片包，第一个长度约 1500 (Flags [+])，第二个包含剩余数据 (Flags [none])。
4. 总结
indirect_pool是 DPDK 分片性能卓越的核心原因，它通过 mbuf 链表式引用避免了内存的大规模拷贝。- 分片过程中，原始大包的引用计数会增加，直到所有分片发送完毕后才会真正释放。
This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.