【DPDK】dpdk样例源码解析之五：dpdk-rss

news2024/9/24 15:28:58

本篇文章介绍DPDK-RSS相关的功能，RSS是网卡提供的分流机制，简单讲就是一个HASH值，如果使用DPDK收包，开启RSS后，会根据配置项将数据包分流到不同的收包队列，用来是实现负载均衡。

通过DPDK-L3FWD样例，添加打印参数进行详细说明，大致分为以下流程：

1、DPDK如何开启RSS（开启和关闭位置，以及开启关闭影响参数）；

2、如何查看网卡所支持的RSS选项；

3、DPDK如何配置不同的RSS选项（包括RSS对称算法，根据IP/UDP/TCP进行分流等）获取不同的RSS值；

4、如何通过DPDK携带的API接口获取RSS值（通过将IP五元组信息传入到API中获取到RSS值）；

操作系统版本：CentOS 8.4

DPDK版本：dpdk-20.11.3

1、开启RSS

1.1、RSS开关

借助DPDK-L3FWD样例，在收包API调用之后，打印每个struct rte_mbuf，因为DPDK如果启用RSS时，struct rte_mbuf *m结构中有一个参数会附上数值，那就是rss，如下图所示：

在这里插入图片描述

通过打印m->hash.rss即可获取对应数据包的RSS。

DPDK初始化网卡端口是会传入port_conf结构体，包含的有RSS相关内容，DPDK-L3FWD样例中，初始化网卡端口API如下：

在这里插入图片描述

查看port_conf结构：

在这里插入图片描述

结构体中各个参数解释如下：

static struct rte_eth_conf port_conf = {
	.rxmode = {	// rx收包相关
		.mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS, 	//启用RSS, 注释掉该项则关闭RSS
		.max_rx_pkt_len = RTE_ETHER_MAX_LEN,
		.split_hdr_size = 0,
		.offloads = DEV_RX_OFFLOAD_CHECKSUM,
	},
	.rx_adv_conf = {
		.rss_conf = {		// RSS配置相关
			.rss_key = NULL,		// 如果不为空，则配置对称算法KEY
			.rss_hf = ETH_RSS_IP,	//根据IP进行hash
		},
	},
	.txmode = {	// tx发包相关
		.mq_mode = ETH_MQ_TX_NONE,
	},
};

DPDK-L3FWD默认是启用RSS的。

1.2、RSS打印

添加当接收到数据包时，打印该数据包的RSS值代码如下：

在这里插入图片描述

编译生成可执行文件，启动DPDK-L3FWD程序，对端重放数据包，数据包内如如下：

在这里插入图片描述

通过打印双向的数据包，查看双向获取到的RSS值是否一致：

在这里插入图片描述

这里可以发现，获取到的RSS值不同。后面会介绍为什么，以及怎么配置可以使获取到的RSS值相同

1.3、RSS关闭

DPDK-L3FWD关闭RSS，代码改动如下：

在这里插入图片描述

重现编译运行样例程序，对端重发同样的ICMP数据包，结果如下：

在这里插入图片描述

可以看到，获取到的RSS和预期的一样全为0。至此，DPDK中RSS开关位置以及简单的配置已经介绍完毕，后面章节会详细一点介绍RSS相关的参数以及如何灵活配置达到自己的需求。

2、配置RSS

2.1、RSS结构体

struct rte_eth_conf结构体用于存放网卡RSS相关参数，其它详细信息可参考源代码中注释，写的很清楚，这里只介绍RSS相关：

mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS用来标识开启RSS，开启RSS后，可以根据rss_conf结构参数进行HASH计算，包含3个参数，信息如下：

/**
 * A structure used to configure the Receive Side Scaling (RSS) feature
 * of an Ethernet port.
 * If not NULL, the *rss_key* pointer of the *rss_conf* structure points
 * to an array holding the RSS key to use for hashing specific header
 * fields of received packets. The length of this array should be indicated
 * by *rss_key_len* below. Otherwise, a default random hash key is used by
 * the device driver.
 *
 * The *rss_key_len* field of the *rss_conf* structure indicates the length
 * in bytes of the array pointed by *rss_key*. To be compatible, this length
 * will be checked in i40e only. Others assume 40 bytes to be used as before.
 *
 * The *rss_hf* field of the *rss_conf* structure indicates the different
 * types of IPv4/IPv6 packets to which the RSS hashing must be applied.
 * Supplying an *rss_hf* equal to zero disables the RSS feature.
 */
struct rte_eth_rss_conf {
	uint8_t *rss_key;    /**< If not NULL, 40-byte hash key. */
	uint8_t rss_key_len; /**< hash key length in bytes. */
	uint64_t rss_hf;     /**< Hash functions to apply - see below. */
};
字段描述
rss_key哈希key，如果为空，则使用网卡rss_key，如果不为空，则为40字节的数组用来作为has key
rss_key_len哈希key长度，rss_key数组字节数，为空则填写0，不为空则填写40
rss_hf哈希函数，用来标识根据IP进行哈希，还是根据IP+PORT进行哈希，还是根据IP+PORT+PROTOCOL进行哈希

2.2、RSS参数解释

常见的rss配置如下：

static struct rte_eth_conf port_conf = {
	.rxmode = {
		.mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS,	// 启用RSS
        /* ... */
	},
	.rx_adv_conf = {
		.rss_conf = {
			.rss_key = NULL,		// 使用网卡默认rss_key, 一般都不能做到对称
			.rss_key_len = 0,		// rss_key数组长度
			.rss_hf = ETH_RSS_IP,	// 哈希函数，根据三层IP进行哈希
            		| ETH_RSS_UDP,	// 根据四层UDP协议进行哈希
                    | ETH_RSS_TCP,	// 根据四层TCP协议进行哈希
		},
	},
	/* ... */
};

其中rss_hf配置常用的三项参数，具体如下：

#define ETH_RSS_IP ( \
	ETH_RSS_IPV4 | \
	ETH_RSS_FRAG_IPV4 | \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV4_OTHER | \
	ETH_RSS_IPV6 | \
	ETH_RSS_FRAG_IPV6 | \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV6_OTHER | \
	ETH_RSS_IPV6_EX)
	
#define ETH_RSS_UDP ( \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV4_UDP | \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV6_UDP | \
	ETH_RSS_IPV6_UDP_EX)

#define ETH_RSS_TCP ( \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV4_TCP | \
	ETH_RSS_NONFRAG_IPV6_TCP | \
	ETH_RSS_IPV6_TCP_EX)

解释如下：按照上面配置，实现机制为，如果数据包四层传输层不是UDP或者TCP则按照三层网络层IP地址进行hash，对于源地址和目的地址相同的数据包获取到的RSS值相同，如果四层传输层是UDP或者TCP，怎按照IP+PROTOCOL进行哈希。不仅需要源地址和目的地址相同，还需要四层传输层相同。

2.3、RSS配置

可以看出，将RSS中rss_key字段设置为NULL，会出现上下行数据包获取到的rss值不一样的问题，如何解决这个问题，就需要将rss_key这个字段设置一下，其中Intel 82599ES网卡使用ixgbe驱动，可以添加如下配置代码完成：

static uint8_t rss_intel_key[40] = {
	0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 	
	0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 	
	0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 	
	0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 	
	0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 0x6D, 0x5A, 
};

static struct rte_eth_conf port_conf = {
	.rxmode = {
		.mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS,
		.max_rx_pkt_len = RTE_ETHER_MAX_LEN,
		.split_hdr_size = 0,
		.offloads = DEV_RX_OFFLOAD_CHECKSUM,
	},
	.rx_adv_conf = {
		.rss_conf = {
			.rss_key = rss_intel_key,
			.rss_key_len = 40,
			.rss_hf = ETH_RSS_IP | ETH_RSS_UDP | ETH_RSS_TCP,
		},
	},
	.txmode = {
		.mq_mode = ETH_MQ_TX_NONE,
	},
};

重新编译代码，运行可执行程序，对端打包之后得到如下结果：

在这里插入图片描述

可以看到，这时得到的上下行数据包的rss值相同了。

3、生成RSS

由于rss这个值在网卡硬件接收阶段已经生成了，一次如果我们想要计算这个值，可以通过调用DPDK代码中API接口来实现，这样就可以通过软件方法得到和硬件一致的rss值了。

具体实现代码如下：

/* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 * Copyright(c) 2010-2016 Intel Corporation
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/queue.h>
#include <netinet/in.h>
#include <setjmp.h>
#include <stdarg.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <getopt.h>
#include <signal.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdbool.h>

#include <rte_common.h>
#include <rte_log.h>
#include <rte_malloc.h>
#include <rte_memory.h>
#include <rte_memcpy.h>
#include <rte_eal.h>
#include <rte_launch.h>
#include <rte_atomic.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_random.h>
#include <rte_debug.h>
#include <rte_ether.h>
#include <rte_ethdev.h>
#include <rte_mempool.h>
#include <rte_mbuf.h>
#include <rte_string_fns.h>
#include <rte_ip.h>
#include <rte_thash.h>

#include "rss.h"

static volatile bool force_quit;

static void
signal_handler(int signum)
{
	if (signum == SIGINT || signum == SIGTERM) {
		printf("\n\nSignal %d received, preparing to exit...\n",
				signum);
		force_quit = true;
	}
}

static void get_tuple(void **tuple, char strsrcIpv4[], char strdstIpv4[], char strsrcIPV6[], char strdstIPV6[], 
	int *input_len) 
{
	//uint32_t input_len;
	//void *tuple;
	int ip_type = 0;
	struct rte_ipv4_tuple ipv4_tuple;
	struct rte_ipv6_tuple ipv6_tuple;
	struct rte_ipv4_hdr ipv4_hdr;
	struct rte_ipv6_hdr ipv6_hdr;
	memset(&ipv4_hdr, 0, sizeof(struct rte_ipv4_hdr));
	memset(&ipv6_hdr, 0, sizeof(struct rte_ipv6_hdr));
	memset(&ipv4_tuple, 0, sizeof(struct rte_ipv4_tuple));
	memset(&ipv6_tuple, 0, sizeof(struct rte_ipv6_tuple));

	inet_pton(AF_INET, strsrcIpv4, &ipv4_hdr.src_addr);
	inet_pton(AF_INET, strdstIpv4, &ipv4_hdr.dst_addr);

	inet_pton(AF_INET6, strsrcIPV6, &ipv6_hdr.src_addr);
	inet_pton(AF_INET6, strdstIPV6, &ipv6_hdr.dst_addr);

	//printf("src: %u, dst: %u\n", ipv4_hdr.src_addr, ipv4_hdr.dst_addr);

	ip_type = 4;
	
	if(ip_type == 4) {
		ipv4_tuple.src_addr = rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr.src_addr);
		ipv4_tuple.dst_addr = rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr.dst_addr);
		//*tuple = &ipv4_tuple;
		memcpy(*tuple, &ipv4_tuple, sizeof(ipv4_tuple));
		*input_len = RTE_THASH_V4_L3_LEN;
	} else if(ip_type == 6) {
		rte_thash_load_v6_addrs(&ipv6_hdr, (union rte_thash_tuple *)&ipv6_tuple);
		//*tuple = &ipv6_tuple;
		memcpy(*tuple, &ipv6_tuple, sizeof(ipv6_tuple));
		*input_len = RTE_THASH_V6_L3_LEN;
	} else {
		printf("IP type Error!\n");
	}
	//printf("input_len = %u\n", *input_len);
	return;
}


int
main(int argc, char **argv)
{
	(void)argc;
	(void)argv;
	
	uint32_t hash1, hash2;

	signal(SIGINT, signal_handler);
	signal(SIGTERM, signal_handler);
	signal(SIGPIPE, signal_handler);
	
	char strsrcIpv4[16] = {"10.20.90.237"};
	char strdstIpv4[16] = {"192.168.10.70"};
	
    char strsrcIPV6[64] = {"2409:891e:80:230b::86"};
    char strdstIPV6[64] = {"2409:891e:80:230b:ecd7:fca4:2de9:a288"};

	// 1.rss_key初始化
	rss_init();

	// 2.从参数中获取五元组信息(ip类型和源/目的IP)
	void *tuple1;
	void *tuple2;
	int input_len1, input_len2;
	get_tuple(&tuple1, strsrcIpv4, strdstIpv4, strsrcIPV6, strdstIPV6, &input_len1);
	get_tuple(&tuple2, strdstIpv4, strsrcIpv4, strdstIPV6, strsrcIPV6, &input_len2);
	
	// 3.获取RSS值
	hash1 = rss_hash_data((uint32_t *)tuple1, input_len1);
	hash2 = rss_hash_data((uint32_t *)tuple2, input_len2);
	
	printf("hash1 = %u\n", hash1);
	printf("hash2 = %u\n", hash2);

	return 0;
}

编译完成之后，直接执行，结果如下：

在这里插入图片描述

可以看到，软件计算出来的rss数值和硬件获取到的一样。

3.1、代码逻辑

简单介绍一下软件生成rss代码逻辑：

主要涉及到三个步骤：

1、rss_key初始化

这一步需要和DPDK中设置的rss_key保持一致，初始化接口如下：

在这里插入图片描述

2、从参数中获取五元组信息(ip类型和源/目的IP)

这一步主要为了得到五元组相关的信息，赋值完成之后调用rss_hash_data获取HASH值，即rss值，这里需关注几个参数：

参数1：IP地址，包括源/目的IP;

参数2：IP类型，IPV4或者IPV6；

参数3：PORT值，包括源/目的PORT;（该测试样例中没有给PORT赋值）

参数4：input_len，这个值尤其重要，因为它决定了通过哪一层进行哈希，功能和rss_hf类似，具体赋值解释如下：

/**
 * length in dwords of input tuple to
 * calculate hash of ipv4 header only
 */
#define RTE_THASH_V4_L3_LEN	((sizeof(struct rte_ipv4_tuple) -	\
			sizeof(((struct rte_ipv4_tuple *)0)->sctp_tag)) / 4)

/**
 * length in dwords of input tuple to
 * calculate hash of ipv4 header +
 * transport header
 */
#define RTE_THASH_V4_L4_LEN	 ((sizeof(struct rte_ipv4_tuple)) / 4)

/**
 * length in dwords of input tuple to
 * calculate hash of ipv6 header only
 */
#define RTE_THASH_V6_L3_LEN	((sizeof(struct rte_ipv6_tuple) -       \
			sizeof(((struct rte_ipv6_tuple *)0)->sctp_tag)) / 4)

/**
 * length in dwords of input tuple to
 * calculate hash of ipv6 header +
 * transport header
 */
#define RTE_THASH_V6_L4_LEN	((sizeof(struct rte_ipv6_tuple)) / 4)

3、获取RSS值

将第2步获取到的参数，传入到rss_hash_data接口，即可获取到对应的rss值

4、总结

DPDK-L3FWD代码可参考文章，【DPDK】dpdk样例源码解析之三：dpdk-l3fwd_001

DPDK-RSS源代码下载链接

有问题欢迎在评论区探讨~

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