DPDK-实战之l3fwd-vf(虚拟化环境)

https://blog.csdn.net/pangyemeng/article/details/78281829

0x01 缘由
     年初,学习了l3fwd的例子,进行三层转发,现在学习下特定转发,这个在虚拟化设备中常见,也是加强对dpdk的熟悉。
0x02 介绍
     在虚拟化环境下的L3层转发应用是用DPDK处理数据包的一个简单例子。这个L3层转发应用充分发挥SR-IOV的特征。
     这个应用演示如何使用hash和LPM DPDK库去实现数据包转发。这个转发策略是基于输入包的信息。
     查询方法既有基于hash的也有基于LPM的,你如何选择在编译的时候决定。当所选择的查找方法是基于hash时,使用hash对象来模拟流分类阶段。 哈希对象与流表相关使用,以便在运行时将每个输入数据包映射到其流。
     哈希查询键由DiffServ 5元组表示,它由从输入数据包读取的以下字段组成:源IP地址,目标IP地址,协议,源端口和目标端口。 从识别的流表条目读取输入数据包的输出接口的ID。应用程序使用的一组流在初始化时静态配置并加载到散列中。 当选择的查找方法是基于LPM时,使用LPM对象来模拟IPv4分组的转发阶段。 LPM对象用作路由表,用于在运行时识别每个输入数据包的下一跳。
     LPM查找键由从输入数据包读取的目标IP地址字段表示。 输入数据包的输出接口的ID是LPM查询返回的下一跳。 应用程序使用的一组LPM规则在初始化时被静态配置并加载到LPM对象中。
0x03 运行环境
     运行参数样板:
      ./build/l3fwd-vf [EAL options] -- -p PORTMASK --config(port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore)]
     参数解释:
          [EAL options] EAL选项已经在其他例子中已有说明。
          -p [端口掩码 -- 网卡掩码,在部署DPDK运行环境时绑定的网卡]: 十六进制表示
          --config: 哪个网口哪个队列绑定到哪个逻辑核
           –no-numa: 是否关闭对numa结构的识别
     运行实例:
      ./l3fwd-vf -l 1,2 -n 4 -- -p 0x3 --config="(0,0,1),(1,0,2)"
     -这个实例占用的逻辑核为1,2
     -启动1、2号网卡
     -端口映射关系为:
          0号网卡0号队列映射到1号逻辑核上;
          1号网卡0号队列映射到2号逻辑核上;
     运行效果如下(添加了一些提示信息):
     LPM作为路由查询表:
<span style="font-size:18px;">Initializing port 0 ... Creating queues: nb_rxq=1 nb_txq=1...  Address:A0:36:9F:03:A8:CA, Allocated mbuf pool on socket 0
LPM: Adding route 0x01010100 / 24 (0)
LPM: Adding route 0x02010100 / 24 (1)
LPM: Adding route 0x03010100 / 24 (2)
LPM: Adding route 0x04010100 / 24 (3)
LPM: Adding route 0x05010100 / 24 (4)
LPM: Adding route 0x06010100 / 24 (5)
LPM: Adding route 0x07010100 / 24 (6)
LPM: Adding route 0x08010100 / 24 (7)
txq=0,0,0 PMD: eth_igb_tx_queue_setup(): sw_ring=0x7ffc3814d2c0 hw_ring=0x7ffc3814f300 dma_addr=0x6734f300

Initializing port 1 ... Creating queues: nb_rxq=1 nb_txq=1...  Address:A0:36:9F:03:A8:CB, txq=1,0,0 PMD: eth_igb_tx_queue_setup(): sw_ring=0x
7ffc3813b040 hw_ring=0x7ffc3813d080 dma_addr=0x6733d080

Initializing rx queues on lcore 1 ... rxq=0,0,0 PMD: eth_igb_rx_queue_setup(): sw_ring=0x7ffc3812aac0 hw_ring=0x7ffc3812af00 dma_addr=0x6732a
f00
Initializing rx queues on lcore 2 ... rxq=1,0,0 PMD: eth_igb_rx_queue_setup(): sw_ring=0x7ffc3811a540 hw_ring=0x7ffc3811a980 dma_addr=0x6731a
980
PMD: eth_igb_start(): <<
done: Port 0
PMD: eth_igb_start(): <<
done: Port 1
L3FWD: entering main loop on lcore 2
L3FWD:  -- lcoreid=2 portid=1 rxqueueid=0
L3FWD: entering main loop on lcore 1
L3FWD:  -- lcoreid=1 portid=0 rxqueueid=0</span>
      Hash作为路由查询表:
<span style="font-size:18px;">Initializing port 0 ... Creating queues: nb_rxq=1 nb_txq=1...  Address:A0:36:9F:03:A8:CA, Allocated mbuf pool on socket 0
Hash: Adding key
IP dst = 640a0001, IP src = c80a0001, port dst = 101, port src = 11, proto = 6
Hash: Adding key
IP dst = 64140002, IP src = c8140002, port dst = 102, port src = 12, proto = 6
Hash: Adding key
IP dst = 641e0003, IP src = c81e0003, port dst = 103, port src = 13, proto = 6
Hash: Adding key
IP dst = 64280004, IP src = c8280004, port dst = 104, port src = 14, proto = 6
txq=0,0,0 PMD: eth_igb_tx_queue_setup(): sw_ring=0x7fd48af7fcc0 hw_ring=0x7fd48af81d00 dma_addr=0x67381d00

Initializing port 1 ... Creating queues: nb_rxq=1 nb_txq=1...  Address:A0:36:9F:03:A8:CB, txq=1,0,0 PMD: eth_igb_tx_queue_setup(): sw_ring=0x
7fd48af6da40 hw_ring=0x7fd48af6fa80 dma_addr=0x6736fa80

Initializing rx queues on lcore 1 ... rxq=0,0,0 PMD: eth_igb_rx_queue_setup(): sw_ring=0x7fd48af5d4c0 hw_ring=0x7fd48af5d900 dma_addr=0x6735d
900
Initializing rx queues on lcore 2 ... rxq=1,0,0 PMD: eth_igb_rx_queue_setup(): sw_ring=0x7fd48af4cf40 hw_ring=0x7fd48af4d380 dma_addr=0x6734d
380
PMD: eth_igb_start(): <<
done: Port 0
PMD: eth_igb_start(): <<
done: Port 1
L3FWD: entering main loop on lcore 2
L3FWD:  -- lcoreid=2 portid=1 rxqueueid=0
L3FWD: entering main loop on lcore 1
L3FWD:  -- lcoreid=1 portid=0 rxqueueid=0</span>
    模拟发包去查询(添加一些实际输出):
          绑定两个网口0,1,连接到另一台服务器,另一台服务器抓包,分析数据包修改的情况,运行效果如下:
      
          数据包分析:
      
0x04 整体源码分析
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/queue.h>
#include <stdarg.h>
#include <errno.h>
#include <getopt.h>
#include <signal.h>
 
#include <rte_common.h>
#include <rte_byteorder.h>
#include <rte_log.h>
#include <rte_memory.h>
#include <rte_memcpy.h>
#include <rte_memzone.h>
#include <rte_eal.h>
#include <rte_per_lcore.h>
#include <rte_launch.h>
#include <rte_atomic.h>
#include <rte_spinlock.h>
#include <rte_cycles.h>
#include <rte_prefetch.h>
#include <rte_lcore.h>
#include <rte_per_lcore.h>
#include <rte_branch_prediction.h>
#include <rte_interrupts.h>
#include <rte_pci.h>
#include <rte_random.h>
#include <rte_debug.h>
#include <rte_ether.h>
#include <rte_ethdev.h>
#include <rte_ring.h>
#include <rte_mempool.h>
#include <rte_mbuf.h>
#include <rte_ip.h>
#include <rte_tcp.h>
#include <rte_udp.h>
#include <rte_string_fns.h>
 
#define APP_LOOKUP_EXACT_MATCH          0     //精确匹配算法 
#define APP_LOOKUP_LPM                  1     //最长匹配算法
#define DO_RFC_1812_CHECKS                    //校验检查 如ip头的合法性
 
//#define APP_LOOKUP_METHOD             APP_LOOKUP_EXACT_MATCH  //使用何种查询表
#ifndef APP_LOOKUP_METHOD
#define APP_LOOKUP_METHOD             APP_LOOKUP_LPM
#endif
 
/* 下面是一些相关头文件 */
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
#include <rte_hash.h>
#elif (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
#include <rte_lpm.h>
#else
#error "APP_LOOKUP_METHOD set to incorrect value"
#endif
 
#define RTE_LOGTYPE_L3FWD RTE_LOGTYPE_USER1
 
/* 内存池缓存大小 */
#define MEMPOOL_CACHE_SIZE 256
 
/*
 * 该表达式用于根据用户输入计算所需的mbufs数,考虑到rx和tx硬件环的内存,每lcore的缓存和每个端口的mtable .
 * RTE_MAX用于确保NB_MBUF不会低于最小值 8192。
 */
 
#define NB_MBUF RTE_MAX    (                                                                    \
                (nb_ports*nb_rx_queue*RTE_TEST_RX_DESC_DEFAULT +                            \
                nb_ports*nb_lcores*MAX_PKT_BURST +                                            \
                nb_ports*n_tx_queue*RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT +                                \
                nb_lcores*MEMPOOL_CACHE_SIZE),                                                \
                (unsigned)8192)
 
/*
 *应优先设置RX和TX预取,主机和写回阈值以获得最佳性能。 请参阅网络控制器的数据表和支持DPDK文档,
 *了解如何设置这些参数的指导。
 */
#define RX_PTHRESH 8 /**< Default values of RX prefetch threshold reg. */
#define RX_HTHRESH 8 /**< Default values of RX host threshold reg. */
#define RX_WTHRESH 4 /**< Default values of RX write-back threshold reg. */
 
/*
 *这些默认值经过优化,可与Intel(R)82599 10 GbE控制器和DPDK ixgbe PMD配合使用。 考虑为其他网络控
 *制器和/或网络驱动程序使用其他值。
 */
#define TX_PTHRESH 36 /**< Default values of TX prefetch threshold reg. */
#define TX_HTHRESH 0  /**< Default values of TX host threshold reg. */
#define TX_WTHRESH 0  /**< Default values of TX write-back threshold reg. */
 
#define MAX_PKT_BURST 32
#define BURST_TX_DRAIN_US 100 /* TX drain every ~100us */
 
#define NB_SOCKETS 8
 
#define SOCKET0 0
 
/* 在读取数据包时,配置预取数据包数。 */
#define PREFETCH_OFFSET    3
 
/*
 * 可配置的RX / TX环形描述符数量。
 */
#define RTE_TEST_RX_DESC_DEFAULT 128
#define RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT 512
static uint16_t nb_rxd = RTE_TEST_RX_DESC_DEFAULT;
static uint16_t nb_txd = RTE_TEST_TX_DESC_DEFAULT;
 
/* 网口的地址 */
static struct ether_addr ports_eth_addr[RTE_MAX_ETHPORTS];
 
/* mask of enabled ports */
static uint32_t enabled_port_mask = 0;
static int numa_on = 1; /**< 默认启动numa特性 */
 
/* mbuf表*/
struct mbuf_table {
    uint16_t len;  //长度
    struct rte_mbuf *m_table[MAX_PKT_BURST];//对应的rte_mbuf结构指针数组。
};
/* 与该逻辑核关联的网口和队列id */
struct lcore_rx_queue {
    uint8_t port_id;  //网口ID
    uint8_t queue_id; //接收队列ID
} __rte_cache_aligned;
 
#define MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE 16  //每个逻辑核最多有16个接收队列
#define MAX_TX_QUEUE_PER_PORT 1  //每个网口一个发送队列
#define MAX_RX_QUEUE_PER_PORT 1  //每个网口一个接受队列
 
#define MAX_LCORE_PARAMS 1024     //最多1024个lcore参数
struct lcore_params {     
    uint8_t port_id;    //网口id
    uint8_t queue_id;   //队列id
    uint8_t lcore_id;   //逻辑核id
} __rte_cache_aligned;
 
static struct lcore_params lcore_params_array[MAX_LCORE_PARAMS]; //静态全局逻辑核参数
//当未配置时使用默认值
static struct lcore_params lcore_params_array_default[] = {  
    {0, 0, 2},
    {0, 1, 2},
    {0, 2, 2},
    {1, 0, 2},
    {1, 1, 2},
    {1, 2, 2},
    {2, 0, 2},
    {3, 0, 3},
    {3, 1, 3},
};
 
static struct lcore_params * lcore_params = lcore_params_array_default; //使用一个全局指针
//配置多少个参数
static uint16_t nb_lcore_params = sizeof(lcore_params_array_default) /
                sizeof(lcore_params_array_default[0]);
 
//网口的一些属性设置,如模式,如巨型侦的处理。
static struct rte_eth_conf port_conf = {
    .rxmode = {
        .mq_mode    = ETH_MQ_RX_RSS,
        .max_rx_pkt_len = ETHER_MAX_LEN,
        .split_hdr_size = 0,
        .header_split   = 0, /**< Header Split disabled */
        .hw_ip_checksum = 1, /**< IP checksum offload enabled */
        .hw_vlan_filter = 0, /**< VLAN filtering disabled */
        .jumbo_frame    = 0, /**< Jumbo Frame Support disabled */
        .hw_strip_crc   = 0, /**< CRC stripped by hardware */
    },
    .rx_adv_conf = {
        .rss_conf = {
            .rss_key = NULL,
            .rss_hf = ETH_RSS_IP,
        },
    },
    .txmode = {
        .mq_mode = ETH_MQ_TX_NONE,
    },
};
 
//内存池指针,对应物理CPU颗数。
static struct rte_mempool * pktmbuf_pool[NB_SOCKETS];
 
 
//下面是用hash的方式进行精确匹配
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
 
#ifdef RTE_MACHINE_CPUFLAG_SSE4_2
#include <rte_hash_crc.h>
#define DEFAULT_HASH_FUNC       rte_hash_crc
#else
#include <rte_jhash.h>
#define DEFAULT_HASH_FUNC       rte_jhash
#endif
 
//五元组
struct ipv4_5tuple {
    uint32_t ip_dst; //目的IP地址
    uint32_t ip_src; //源IP地址
    uint16_t port_dst; //目的端口
    uint16_t port_src; //源端口
    uint8_t proto;  //协议类型
} __attribute__((__packed__));
 
//三层转发路由
struct l3fwd_route {
    struct ipv4_5tuple key; //五元组key
    uint8_t if_out;  //出口网口
};
 
//配置hash 路由参数
static struct l3fwd_route l3fwd_route_array[] = {
    {{IPv4(100,10,0,1), IPv4(200,10,0,1), 101, 11, IPPROTO_TCP}, 0},
    {{IPv4(100,20,0,2), IPv4(200,20,0,2), 102, 12, IPPROTO_TCP}, 1},
    {{IPv4(100,30,0,3), IPv4(200,30,0,3), 103, 13, IPPROTO_TCP}, 2},
    {{IPv4(100,40,0,4), IPv4(200,40,0,4), 104, 14, IPPROTO_TCP}, 3},
};
 
typedef struct rte_hash lookup_struct_t;  //rte hash结构
static lookup_struct_t *l3fwd_lookup_struct[NB_SOCKETS]; //申请指针数组
 
#define L3FWD_HASH_ENTRIES    1024
//hash 参数
struct rte_hash_parameters l3fwd_hash_params = {
    .name = "l3fwd_hash_0",
    .entries = L3FWD_HASH_ENTRIES,
    .key_len = sizeof(struct ipv4_5tuple),
    .hash_func = DEFAULT_HASH_FUNC,
    .hash_func_init_val = 0,
    .socket_id = SOCKET0,
};
 
#define L3FWD_NUM_ROUTES \
    (sizeof(l3fwd_route_array) / sizeof(l3fwd_route_array[0]))
 
static uint8_t l3fwd_out_if[L3FWD_HASH_ENTRIES] __rte_cache_aligned;
#endif
 
//LPM 相关结构和初始化
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
//三层路由结构
struct l3fwd_route {
    uint32_t ip;  //ip
    uint8_t  depth; //深度
    uint8_t  if_out; //出口
};
//相关参数
static struct l3fwd_route l3fwd_route_array[] = {
    {IPv4(1,1,1,0), 24, 0},
    {IPv4(2,1,1,0), 24, 1},
    {IPv4(3,1,1,0), 24, 2},
    {IPv4(4,1,1,0), 24, 3},
    {IPv4(5,1,1,0), 24, 4},
    {IPv4(6,1,1,0), 24, 5},
    {IPv4(7,1,1,0), 24, 6},
    {IPv4(8,1,1,0), 24, 7},
};
 
//理由参数个数
#define L3FWD_NUM_ROUTES \
    (sizeof(l3fwd_route_array) / sizeof(l3fwd_route_array[0]))
 
//规则个数
#define L3FWD_LPM_MAX_RULES     1024
 
typedef struct rte_lpm lookup_struct_t;
static lookup_struct_t *l3fwd_lookup_struct[NB_SOCKETS];
#endif
 
//逻辑核配置
struct lcore_conf {
    uint16_t n_rx_queue; //接收队列个数
    struct lcore_rx_queue rx_queue_list[MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE]; //接收队列配置数组
    uint16_t tx_queue_id; //发送队列id
    struct mbuf_table tx_mbufs[RTE_MAX_ETHPORTS]; //数据包缓存
    lookup_struct_t * lookup_struct; //查询结构
} __rte_cache_aligned;
 
static struct lcore_conf lcore_conf[RTE_MAX_LCORE]; //逻辑核参数
static rte_spinlock_t spinlock_conf[RTE_MAX_ETHPORTS] = {RTE_SPINLOCK_INITIALIZER}; //自旋锁,来保证对一个网口竞争访问;
/* 在一个发送网口发送数据包 */
static inline int
send_burst(struct lcore_conf *qconf, uint16_t n, uint8_t port)
{
    struct rte_mbuf **m_table; //包结构表
    int ret;
    uint16_t queueid;
 
    queueid = qconf->tx_queue_id;
    m_table = (struct rte_mbuf **)qconf->tx_mbufs[port].m_table;
 
    rte_spinlock_lock(&spinlock_conf[port]); //上锁(在这盘旋)
    ret = rte_eth_tx_burst(port, queueid, m_table, n); //发送数据
    rte_spinlock_unlock(&spinlock_conf[port]); //释放锁,其他线程可以访问
 
    if (unlikely(ret < n)) {
        do {
            rte_pktmbuf_free(m_table[ret]); //释放结构
        } while (++ret < n);
    }
 
    return 0;
}
 
/* 将一个包插入队列,当队列满时将数据发送。*/
static inline int
send_single_packet(struct rte_mbuf *m, uint8_t port)
{
    uint32_t lcore_id;
    uint16_t len;
    struct lcore_conf *qconf;
 
    lcore_id = rte_lcore_id(); //获取当前线程处于哪个逻辑核上
 
    qconf = &lcore_conf[lcore_id]; //根据对应的逻辑核找对对应的配置
    len = qconf->tx_mbufs[port].len;  //此时发送队列中的包个数
    qconf->tx_mbufs[port].m_table[len] = m; //将对应的数据放到对应的位置
    len++;        //包长度加1
 
    /* 当队列数据包达到了MAX_PKT_BURST ,则立刻发送 */
    if (unlikely(len == MAX_PKT_BURST)) {
        send_burst(qconf, MAX_PKT_BURST, port); //发送对应的数据包
        len = 0; //长度置0
    }
 
    qconf->tx_mbufs[port].len = len; //这个网口的发送队列置0
    return 0;
}
 
#ifdef DO_RFC_1812_CHECKS
//此处做相关校验。
static inline int
is_valid_ipv4_pkt(struct ipv4_hdr *pkt, uint32_t link_len)
{
    /* From http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1812.txt section 5.2.2 */
    /*
     * 1. The packet length reported by the Link Layer must be large
     * enough to hold the minimum length legal IP datagram (20 bytes).
     */
    if (link_len < sizeof(struct ipv4_hdr))
        return -1;
 
    /* 2. The IP checksum must be correct. */
    /* this is checked in H/W */
 
    /*
     * 3. The IP version number must be 4. If the version number is not 4
     * then the packet may be another version of IP, such as IPng or
     * ST-II.
     */
    if (((pkt->version_ihl) >> 4) != 4)
        return -3;
    /*
     * 4. The IP header length field must be large enough to hold the
     * minimum length legal IP datagram (20 bytes = 5 words).
     */
    if ((pkt->version_ihl & 0xf) < 5)
        return -4;
 
    /*
     * 5. The IP total length field must be large enough to hold the IP
     * datagram header, whose length is specified in the IP header length
     * field.
     */
    if (rte_cpu_to_be_16(pkt->total_length) < sizeof(struct ipv4_hdr))
        return -5;
 
    return 0;
}
#endif
 
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
static void
print_key(struct ipv4_5tuple key)
{
    //打印5元组
    printf("IP dst = %08x, IP src = %08x, port dst = %d, port src = %d, proto = %d\n",
           (unsigned)key.ip_dst, (unsigned)key.ip_src, key.port_dst, key.port_src, key.proto);
}
 
//得到转发网口
static inline uint8_t
get_dst_port(struct ipv4_hdr *ipv4_hdr,  uint8_t portid, lookup_struct_t * l3fwd_lookup_struct)
{
    struct ipv4_5tuple key; //五元组key
    struct tcp_hdr *tcp;  //tcp 头部结构
    struct udp_hdr *udp;  //udp 头部结构
    int ret = 0;
    //将整数值从大端模式转化到cpu序列
    key.ip_dst = rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->dst_addr);
    key.ip_src = rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->src_addr);
    key.proto = ipv4_hdr->next_proto_id; //ip层下的协议号,如tcp/udp
 
    switch (ipv4_hdr->next_proto_id) {
    case IPPROTO_TCP:
        tcp = (struct tcp_hdr *)((unsigned char *) ipv4_hdr +
                    sizeof(struct ipv4_hdr));
        key.port_dst = rte_be_to_cpu_16(tcp->dst_port); //目的端口
        key.port_src = rte_be_to_cpu_16(tcp->src_port);  //源端口
        break;
 
    case IPPROTO_UDP:
        udp = (struct udp_hdr *)((unsigned char *) ipv4_hdr +
                    sizeof(struct ipv4_hdr));
        key.port_dst = rte_be_to_cpu_16(udp->dst_port);
        key.port_src = rte_be_to_cpu_16(udp->src_port);
        break;
 
    default:
        key.port_dst = 0;
        key.port_src = 0;
    }
 
    /* 查找目的端口 */
    ret = rte_hash_lookup(l3fwd_lookup_struct, (const void *)&key);
    //找不到默认从输入队列出,找到就从l3fwd_out_if[ret]返回;
    return (uint8_t)((ret < 0)? portid : l3fwd_out_if[ret]);
}
#endif
 
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
static inline uint8_t
get_dst_port(struct ipv4_hdr *ipv4_hdr,  uint8_t portid, lookup_struct_t * l3fwd_lookup_struct)
{
    uint32_t next_hop;
    //将目的地址传入进行查询下一条信息。
    return (uint8_t) ((rte_lpm_lookup(l3fwd_lookup_struct,
            rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->dst_addr), &next_hop) == 0)?
            next_hop : portid);
}
#endif
 
//三层转发
static inline void
l3fwd_simple_forward(struct rte_mbuf *m, uint8_t portid, lookup_struct_t * l3fwd_lookup_struct)
{
    struct ether_hdr *eth_hdr; //以太网头结构
    struct ipv4_hdr *ipv4_hdr; //IP头
    void *tmp;
    uint8_t dst_port;
 
    //找到以太网头偏移地址
    eth_hdr = rte_pktmbuf_mtod(m, struct ether_hdr *);
  //找到IP头偏移地址 偏移了sizeof(struct ether_hdr)位
    ipv4_hdr = rte_pktmbuf_mtod_offset(m, struct ipv4_hdr *,
                       sizeof(struct ether_hdr));
 
#ifdef DO_RFC_1812_CHECKS
    //做头部检查
    /* Check to make sure the packet is valid (RFC1812) */
    if (is_valid_ipv4_pkt(ipv4_hdr, m->pkt_len) < 0) {
        rte_pktmbuf_free(m);
        return;
    }
#endif
    //查找路由
    dst_port = get_dst_port(ipv4_hdr, portid, l3fwd_lookup_struct);
    if (dst_port >= RTE_MAX_ETHPORTS || (enabled_port_mask & 1 << dst_port) == 0)
        dst_port = portid; //查出来的dst_port有问题,或者是未启动的port,则用默认的port
    printf("forward to %d port\n", dst_port);
    /* 02:00:00:00:00:xx ,修改目的mac地址*/
    tmp = ð_hdr->d_addr.addr_bytes[0];
    *((uint64_t *)tmp) = 0x000000000002 + ((uint64_t)dst_port << 40);
 
#ifdef DO_RFC_1812_CHECKS
    /* Update time to live and header checksum */
    --(ipv4_hdr->time_to_live); //更新TTL
    ++(ipv4_hdr->hdr_checksum);
#endif
 
    /* src addr 复制源地址 */
    ether_addr_copy(&ports_eth_addr[dst_port], ð_hdr->s_addr);
 
    send_single_packet(m, dst_port);
 
}
 
/* main processing loop */
static int
main_loop(__attribute__((unused)) void *dummy)
{
    //每个逻辑核都会有一个线程处理
    struct rte_mbuf *pkts_burst[MAX_PKT_BURST]; //数据包发送缓存
    unsigned lcore_id;   
    uint64_t prev_tsc, diff_tsc, cur_tsc;
    int i, j, nb_rx;
    uint8_t portid, queueid;
    struct lcore_conf *qconf;
    const uint64_t drain_tsc = (rte_get_tsc_hz() + US_PER_S - 1) / US_PER_S * BURST_TX_DRAIN_US;
 
    prev_tsc = 0;
 
    lcore_id = rte_lcore_id(); //获取逻辑核ID
    qconf = &lcore_conf[lcore_id]; //逻辑核对应的配置,逻辑核可以找到自己处理那些端口,哪些队列等。
 
    if (qconf->n_rx_queue == 0) {
        //逻辑核为配置任何队列,说明没啥事干,退出
        RTE_LOG(INFO, L3FWD, "lcore %u has nothing to do\n", lcore_id);
        return 0;
    }
 
    RTE_LOG(INFO, L3FWD, "entering main loop on lcore %u\n", lcore_id);
 
    for (i = 0; i < qconf->n_rx_queue; i++) {
    
        portid = qconf->rx_queue_list[i].port_id; //对应的网卡
        queueid = qconf->rx_queue_list[i].queue_id;  //对应的接收队列id
        RTE_LOG(INFO, L3FWD, " -- lcoreid=%u portid=%hhu rxqueueid=%hhu\n", lcore_id,
            portid, queueid);
    }
 
    while (1) {
        //计时
        cur_tsc = rte_rdtsc();
 
        /*
         * 发送数据包
         */
        diff_tsc = cur_tsc - prev_tsc;
        if (unlikely(diff_tsc > drain_tsc)) {
 
            /*
             * This could be optimized (use queueid instead of
             * portid), but it is not called so often
             */
            for (portid = 0; portid < RTE_MAX_ETHPORTS; portid++) {
                //每个网口就一个发送队列
                if (qconf->tx_mbufs[portid].len == 0)
                    continue;
                //发送数据包
                send_burst(&lcore_conf[lcore_id],
                    qconf->tx_mbufs[portid].len,
                    portid);
                qconf->tx_mbufs[portid].len = 0;
            }
 
            prev_tsc = cur_tsc;
        }
 
        /*
         * 从RX queues 读取数据包
         */
        for (i = 0; i < qconf->n_rx_queue; ++i) {
 
            portid = qconf->rx_queue_list[i].port_id; //端口
            queueid = qconf->rx_queue_list[i].queue_id; //队列id
            nb_rx = rte_eth_rx_burst(portid, queueid, pkts_burst, MAX_PKT_BURST);
 
            /* 第一次逾期数据包 */
            for (j = 0; j < PREFETCH_OFFSET && j < nb_rx; j++) {
                rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(
                        pkts_burst[j], void *));
            }
 
            /* 预取并转发已经预取的数据包 */
            for (j = 0; j < (nb_rx - PREFETCH_OFFSET); j++) {
                rte_prefetch0(rte_pktmbuf_mtod(pkts_burst[
                        j + PREFETCH_OFFSET], void *));
                l3fwd_simple_forward(pkts_burst[j], portid, qconf->lookup_struct);
            }
 
            /*  转发剩余的数据包 */
            for (; j < nb_rx; j++) {
                l3fwd_simple_forward(pkts_burst[j], portid, qconf->lookup_struct);
            }
        }
    }
}
 
//检查逻辑核相关参数
static int
check_lcore_params(void)
{
    uint8_t queue, lcore;
    uint16_t i;
    int socketid;
 
    for (i = 0; i < nb_lcore_params; ++i) {
        //队列是否在范围内
        queue = lcore_params[i].queue_id;
        if (queue >= MAX_RX_QUEUE_PER_PORT) {
            printf("invalid queue number: %hhu\n", queue);
            return -1;
        }
        //逻辑核是否在启动参数中指定
        lcore = lcore_params[i].lcore_id;
        if (!rte_lcore_is_enabled(lcore)) { 
            printf("error: lcore %hhu is not enabled in lcore mask\n", lcore);
            return -1;
        }
        //numa结构
        if ((socketid = rte_lcore_to_socket_id(lcore) != 0) &&
            (numa_on == 0)) {
            printf("warning: lcore %hhu is on socket %d with numa off \n",
                lcore, socketid);
        }
    }
    return 0;
}
 
//检查网口配置
static int
check_port_config(const unsigned nb_ports)
{
    unsigned portid;
    uint16_t i;
 
    for (i = 0; i < nb_lcore_params; ++i) {
        //是否在运行参数中指定
        portid = lcore_params[i].port_id;
        if ((enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0) {
            printf("port %u is not enabled in port mask\n", portid);
            return -1;
        }
        if (portid >= nb_ports) {
            printf("port %u is not present on the board\n", portid);
            return -1;
        }
    }
    return 0;
}
 
//得到网口的接收队列数
static uint8_t
get_port_n_rx_queues(const uint8_t port)
{
    int queue = -1;
    uint16_t i;
 
    for (i = 0; i < nb_lcore_params; ++i) {
        if (lcore_params[i].port_id == port && lcore_params[i].queue_id > queue)
            queue = lcore_params[i].queue_id;
    }
    return (uint8_t)(++queue);
}
 
//初始化接收队列逻辑核配置结构
static int
init_lcore_rx_queues(void)
{
    uint16_t i, nb_rx_queue;
    uint8_t lcore;
 
    for (i = 0; i < nb_lcore_params; ++i) {
        lcore = lcore_params[i].lcore_id; //逻辑核ID
        nb_rx_queue = lcore_conf[lcore].n_rx_queue; //此逻辑核队列数
        if (nb_rx_queue >= MAX_RX_QUEUE_PER_LCORE) { //检查合法性
            printf("error: too many queues (%u) for lcore: %u\n",
                (unsigned)nb_rx_queue + 1, (unsigned)lcore);
            return -1;
        } else {
            lcore_conf[lcore].rx_queue_list[nb_rx_queue].port_id =
                lcore_params[i].port_id; //
            lcore_conf[lcore].rx_queue_list[nb_rx_queue].queue_id =
                lcore_params[i].queue_id;
            lcore_conf[lcore].n_rx_queue++;
        }
    }
    return 0;
}
 
/* display usage */
static void
print_usage(const char *prgname)
{
    printf ("%s [EAL options] -- -p PORTMASK"
        "  [--config (port,queue,lcore)[,(port,queue,lcore]]\n"
        "  -p PORTMASK: hexadecimal bitmask of ports to configure\n"
        "  --config (port,queue,lcore): rx queues configuration\n"
        "  --no-numa: optional, disable numa awareness\n",
        prgname);
}
 
/* 捕获从终端获取的信号,进行善后处理。*/
static void
signal_handler(int signum)
{
    uint8_t portid;
    uint8_t nb_ports = rte_eth_dev_count();
 
    /* When we receive a SIGINT signal */
    if (signum == SIGINT) {
        for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
            /* skip ports that are not enabled 检查哪些网卡启动 */
            if ((enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0)
                continue;
            rte_eth_dev_close(portid); //关闭相关网卡
        }
    }
    rte_exit(EXIT_SUCCESS, "\n User forced exit\n");
}
//处理网口掩码
static int
parse_portmask(const char *portmask)
{
    char *end = NULL;
    unsigned long pm;
 
    /* parse hexadecimal string */
    pm = strtoul(portmask, &end, 16);
    /*strtoul()会将参数nptr字符串根据参数base来转换成无符号的长整型数。
        参数base范围从2至36,或0。参数base代表采用的进制方式,如base值为10
        则采用10进制,若base值为16则采用16进制数等。*/
    if ((portmask[0] == '\0') || (end == NULL) || (*end != '\0'))
        return -1;
 
    if (pm == 0)
        return -1;
 
    return pm;
}
 
//解析--config这个参数
static int
parse_config(const char *q_arg)
{
    char s[256];
    const char *p, *p0 = q_arg;
    char *end;
    enum fieldnames {
        FLD_PORT = 0,
        FLD_QUEUE,
        FLD_LCORE,
        _NUM_FLD
    };
    unsigned long int_fld[_NUM_FLD];
    char *str_fld[_NUM_FLD];
    int i;
    unsigned size;
 
    nb_lcore_params = 0;
 
    while ((p = strchr(p0,'(')) != NULL) {
        ++p;
        if((p0 = strchr(p,')')) == NULL)
            return -1;
 
        size = p0 - p;
        if(size >= sizeof(s))
            return -1;
 
        snprintf(s, sizeof(s), "%.*s", size, p);
        if (rte_strsplit(s, sizeof(s), str_fld, _NUM_FLD, ',') != _NUM_FLD)
            return -1;
        for (i = 0; i < _NUM_FLD; i++){
            errno = 0;
            int_fld[i] = strtoul(str_fld[i], &end, 0);
            if (errno != 0 || end == str_fld[i] || int_fld[i] > 255)
                return -1;
        }
        if (nb_lcore_params >= MAX_LCORE_PARAMS) {
            printf("exceeded max number of lcore params: %hu\n",
                nb_lcore_params);
            return -1;
        }
        lcore_params_array[nb_lcore_params].port_id = (uint8_t)int_fld[FLD_PORT];
        lcore_params_array[nb_lcore_params].queue_id = (uint8_t)int_fld[FLD_QUEUE];
        lcore_params_array[nb_lcore_params].lcore_id = (uint8_t)int_fld[FLD_LCORE];
        ++nb_lcore_params;
    }
    lcore_params = lcore_params_array;
    return 0;
}
 
/* Parse the argument given in the command line of the application */
static int
parse_args(int argc, char **argv)
{
    int opt, ret;
    char **argvopt;
    int option_index;
    char *prgname = argv[0];
    static struct option lgopts[] = {
        {"config", 1, 0, 0},
        {"no-numa", 0, 0, 0},
        {NULL, 0, 0, 0}
    };
 
    argvopt = argv;
 
    while ((opt = getopt_long(argc, argvopt, "p:",
                lgopts, &option_index)) != EOF) {
 
        switch (opt) {
        /* portmask */
        case 'p':
            enabled_port_mask = parse_portmask(optarg);
            if (enabled_port_mask == 0) {
                printf("invalid portmask\n");
                print_usage(prgname);
                return -1;
            }
            break;
 
        /* long options */
        case 0:
            if (!strcmp(lgopts[option_index].name, "config")) {
                ret = parse_config(optarg);
                if (ret) {
                    printf("invalid config\n");
                    print_usage(prgname);
                    return -1;
                }
            }
 
            if (!strcmp(lgopts[option_index].name, "no-numa")) {
                printf("numa is disabled \n");
                numa_on = 0;
            }
            break;
 
        default:
            print_usage(prgname);
            return -1;
        }
    }
 
    if (optind >= 0)
        argv[optind-1] = prgname;
 
    ret = optind-1;
    optind = 0; /* reset getopt lib */
    return ret;
}
 
//打印mac地址
static void
print_ethaddr(const char *name, const struct ether_addr *eth_addr)
{
    char buf[ETHER_ADDR_FMT_SIZE];
    ether_format_addr(buf, ETHER_ADDR_FMT_SIZE, eth_addr);
    printf("%s%s", name, buf);
}
 
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_EXACT_MATCH)
//构建hash表 
static void
setup_hash(int socketid)
{
    unsigned i;
    int ret;
    char s[64];
 
    /* create  hashes */
    snprintf(s, sizeof(s), "l3fwd_hash_%d", socketid);
    l3fwd_hash_params.name = s; //hash表名称
    l3fwd_hash_params.socket_id = socketid; //对应的物理cpu id
    l3fwd_lookup_struct[socketid] = rte_hash_create(&l3fwd_hash_params); //创建相关结构 
    if (l3fwd_lookup_struct[socketid] == NULL)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to create the l3fwd hash on "
                "socket %d\n", socketid);
 
    /* 根据配置添加key,计算hash值 */
    for (i = 0; i < L3FWD_NUM_ROUTES; i++) {
        ret = rte_hash_add_key (l3fwd_lookup_struct[socketid],
                (void *) &l3fwd_route_array[i].key);
        if (ret < 0) {
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to add entry %u to the"
                "l3fwd hash on socket %d\n", i, socketid);
        }
        l3fwd_out_if[ret] = l3fwd_route_array[i].if_out; //每个hash条目对应的输入网口
        printf("Hash: Adding key\n");
        print_key(l3fwd_route_array[i].key);
    }
}
#endif
 
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
//最长匹配算法
static void
setup_lpm(int socketid)
{
    unsigned i;
    int ret;
    char s[64];
 
    struct rte_lpm_config lpm_ipv4_config;
 
    lpm_ipv4_config.max_rules = L3FWD_LPM_MAX_RULES;
    lpm_ipv4_config.number_tbl8s = 256;
    lpm_ipv4_config.flags = 0;
 
    /* create the LPM table */
    snprintf(s, sizeof(s), "L3FWD_LPM_%d", socketid);
    l3fwd_lookup_struct[socketid] =
            rte_lpm_create(s, socketid, &lpm_ipv4_config);
    if (l3fwd_lookup_struct[socketid] == NULL)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to create the l3fwd LPM table"
                " on socket %d\n", socketid);
 
    /* populate the LPM table */
    for (i = 0; i < L3FWD_NUM_ROUTES; i++) {
        ret = rte_lpm_add(l3fwd_lookup_struct[socketid],
            l3fwd_route_array[i].ip,
            l3fwd_route_array[i].depth,
            l3fwd_route_array[i].if_out);
 
        if (ret < 0) {
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Unable to add entry %u to the "
                "l3fwd LPM table on socket %d\n",
                i, socketid);
        }
 
        printf("LPM: Adding route 0x%08x / %d (%d)\n",
            (unsigned)l3fwd_route_array[i].ip,
            l3fwd_route_array[i].depth,
            l3fwd_route_array[i].if_out);
    }
}
#endif
 
//初始化相关内存结构
static int
init_mem(unsigned nb_mbuf)
{
    struct lcore_conf *qconf;
    int socketid;
    unsigned lcore_id;
    char s[64];
 
    for (lcore_id = 0; lcore_id < RTE_MAX_LCORE; lcore_id++) {
        if (rte_lcore_is_enabled(lcore_id) == 0)
            continue;
        
        //numa结构
        if (numa_on)
            socketid = rte_lcore_to_socket_id(lcore_id);
        else
            socketid = 0;
        
        if (socketid >= NB_SOCKETS) {
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Socket %d of lcore %u is out of range %d\n",
                socketid, lcore_id, NB_SOCKETS);
        }
        if (pktmbuf_pool[socketid] == NULL) {
            //创建内存池
            snprintf(s, sizeof(s), "mbuf_pool_%d", socketid);
            pktmbuf_pool[socketid] = rte_pktmbuf_pool_create(s,
                nb_mbuf, MEMPOOL_CACHE_SIZE, 0,
                RTE_MBUF_DEFAULT_BUF_SIZE, socketid);
            if (pktmbuf_pool[socketid] == NULL)
                rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot init mbuf pool on socket %d\n", socketid);
            else
                printf("Allocated mbuf pool on socket %d\n", socketid);
 
#if (APP_LOOKUP_METHOD == APP_LOOKUP_LPM)
            setup_lpm(socketid);
#else
            setup_hash(socketid);
#endif
        }
        qconf = &lcore_conf[lcore_id];
        qconf->lookup_struct = l3fwd_lookup_struct[socketid];
    }
    return 0;
}
 
int
main(int argc, char **argv)
{
    struct lcore_conf *qconf;
    struct rte_eth_dev_info dev_info;
    struct rte_eth_txconf *txconf;
    int ret;
    unsigned nb_ports;
    uint16_t queueid;
    unsigned lcore_id;
    uint32_t nb_lcores;
    uint16_t n_tx_queue;
    uint8_t portid, nb_rx_queue, queue, socketid;
    //处理信号
    signal(SIGINT, signal_handler);
    /* init EAL */
    ret = rte_eal_init(argc, argv);
    if (ret < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid EAL parameters\n");
    argc -= ret;
    argv += ret;
 
    /* parse application arguments (after the EAL ones) */
    ret = parse_args(argc, argv);
    if (ret < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "Invalid L3FWD-VF parameters\n");
 
    if (check_lcore_params() < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "check_lcore_params failed\n");
 
    ret = init_lcore_rx_queues();
    if (ret < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "init_lcore_rx_queues failed\n");
 
    nb_ports = rte_eth_dev_count();
    if (nb_ports > RTE_MAX_ETHPORTS)
        nb_ports = RTE_MAX_ETHPORTS;
 
    if (check_port_config(nb_ports) < 0)
        rte_exit(EXIT_FAILURE, "check_port_config failed\n");
 
    nb_lcores = rte_lcore_count();
 
    /* initialize all ports */
    for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
        /* skip ports that are not enabled */
        if ((enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0) {
            printf("\nSkipping disabled port %d\n", portid);
            continue;
        }
 
        /* init port */
        printf("Initializing port %d ... ", portid );
        fflush(stdout);
 
        /* must always equal(=1) */
        nb_rx_queue = get_port_n_rx_queues(portid);
        n_tx_queue = MAX_TX_QUEUE_PER_PORT;
 
        printf("Creating queues: nb_rxq=%d nb_txq=%u... ",
            nb_rx_queue, (unsigned)1 );
        //队列配置
        ret = rte_eth_dev_configure(portid, nb_rx_queue, n_tx_queue, &port_conf);
        if (ret < 0)
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "Cannot configure device: err=%d, port=%d\n",
                ret, portid);
 
        rte_eth_macaddr_get(portid, &ports_eth_addr[portid]);
        print_ethaddr(" Address:", &ports_eth_addr[portid]);
        printf(", ");
 
        ret = init_mem(NB_MBUF);
        if (ret < 0)
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "init_mem failed\n");
 
        /* init one TX queue */
        socketid = (uint8_t)rte_lcore_to_socket_id(rte_get_master_lcore());
 
        printf("txq=%d,%d,%d ", portid, 0, socketid);
        fflush(stdout);
        
        rte_eth_dev_info_get(portid, &dev_info);
        txconf = &dev_info.default_txconf;
        if (port_conf.rxmode.jumbo_frame)
            txconf->txq_flags = 0;
        //发送队列配置
        ret = rte_eth_tx_queue_setup(portid, 0, nb_txd,
                         socketid, txconf);
        if (ret < 0)
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_tx_queue_setup: err=%d, "
                "port=%d\n", ret, portid);
 
        printf("\n");
    }
 
    for (lcore_id = 0; lcore_id < RTE_MAX_LCORE; lcore_id++) {
        if (rte_lcore_is_enabled(lcore_id) == 0)
            continue;
        qconf = &lcore_conf[lcore_id];
        qconf->tx_queue_id = 0;
 
        printf("\nInitializing rx queues on lcore %u ... ", lcore_id );
        fflush(stdout);
        /* init RX queues */
        for(queue = 0; queue < qconf->n_rx_queue; ++queue) {
            portid = qconf->rx_queue_list[queue].port_id;
            queueid = qconf->rx_queue_list[queue].queue_id;
 
            if (numa_on)
                socketid = (uint8_t)rte_lcore_to_socket_id(lcore_id);
            else
                socketid = 0;
 
            printf("rxq=%d,%d,%d ", portid, queueid, socketid);
            fflush(stdout);
            //接收队列初始化
            ret = rte_eth_rx_queue_setup(portid, queueid, nb_rxd,
                        socketid, NULL,
                        pktmbuf_pool[socketid]);
            if (ret < 0)
                rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_rx_queue_setup: err=%d,"
                        "port=%d\n", ret, portid);
        }
    }
    printf("\n");
 
    /* start ports */
    for (portid = 0; portid < nb_ports; portid++) {
        if ((enabled_port_mask & (1 << portid)) == 0) {
            continue;
        }
        /* Start device,开启设备 */
        ret = rte_eth_dev_start(portid);
        if (ret < 0)
            rte_exit(EXIT_FAILURE, "rte_eth_dev_start: err=%d, port=%d\n",
                ret, portid);
 
        printf("done: Port %d\n", portid);
 
    }
 
    /* launch per-lcore init on every lcore */
    rte_eal_mp_remote_launch(main_loop, NULL, CALL_MASTER);
    RTE_LCORE_FOREACH_SLAVE(lcore_id) {
        if (rte_eal_wait_lcore(lcore_id) < 0)
            return -1;
    }
 
    return 0;
}
0x05 总结
     遇到一个问题,发现这个程序无法处理TCP的数据包,看后期慢慢熟悉能否解决这个问题。 
          

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