Linux网络性能上不去？三招（DPDK、XDP、RDMA）打通瓶颈

我们的活动在互联网上每天都会产生海量的数据。我们知道这是一个“很大”的数字，但你知道到底有多大吗？

据粗略估算，目前互联网上每天新增的数据量超过 1.15 EB 。而预测到 2025 年，这一数字会增长到 491 EB。如果看不出来这个数字有多大，那么看下这个单位换算公式：1 EB = 1*1024*1024*1024 GB。

因为物联网也在超快地发展，无处不在的 IoT 设备会产生更多的数据，所以互联网数据会呈指数级增长。那么无论是云计算、大数据分析应用，还是 AI 处理，网络传输能否及时“吞”下暴涨的数据，就决定了服务的能力。

但目前承载互联网服务的主流操作系统 Linux却存在网络性能瓶颈，问题出在哪里呢？

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Linux 网络的瓶颈

当 Linux 在 20世纪90 年代初设计开发 Linux 内核时，还无法预料到未来30年全球互联网的规模，所以也不可能按现在的数据流量去做设计。而 Linux 内核的基本结构也保持到现在。

因此问题就在于 Linux 内核网络协议栈的实现，相对于当下的数据吞吐量需求，有以下三个原因会产生网络传输瓶颈：

▮ 应用程序和网络协议栈在交换数据时，会频繁地在用户态与内核态之间切换，导致延时产生；

▮ 数据要在用户空间缓存与内核空间缓存之间往来复制，耗费时间；

▮ 内核协议栈需要对数据进行封装和解析工作，占用 CPU 时钟。

办法总比困难多，《Linux高性能网络详解：从DPDK、RDMA到XDP》一书就针对上述问题给出了包括软件与硬件的解决办法。本书的作者是业内资深专家，他在书中以理论结合实践，说明了 DPDK、RDMA、XDP 实现 Linux 高性能网络以及保障传输安全的方案。

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DPDK：低成本的高性能网络技术

DPDK（Data Plane Development Kit，数据平面开发工具包）是在用户态运行的一组软件库和驱动程序。它的一大优点是可以在所有主要 CPU 体系上加速网络数据包的处理，这样一来，现有硬件无须升级，只要在内核加装相应驱动就可以提升网络性能，是一种低成本的实现方案。

DPDK 技术原理是绕过 Linux 内核协议栈直接访问网卡硬件，从而提高网络数据包的处理速度和吞吐量。DPDK 将网卡的数据包直接映射到用户空间，然后使用高效的数据包处理库进行数据包的处理和转发，最后再将数据包发送回网卡。

在数据中心、云计算、虚拟化、网络安全等应用场景中，DPDK可以提高网络应用的性能和吞吐量、降低网络延迟、提高网络应用的响应速度和稳定性，还可以支持多种网络协议和数据包格式，具有很好的灵活性和可扩展性。

DPDK 为处理数据包实现了一个“运行到完成”（run to completion）的模型，在执行数据平面处理逻辑之前，必须先分配所有资源，然后以逻辑核上执行单元（线程）的形式运行。该模型不支持调度器，以轮询的方式访问所有设备。

DPDK 的核心是一组库，下图是核心组件以及它们之间的依赖关系。

DPDK 核心组件

《Linux高性能网络详解：从DPDK、RDMA到XDP》详细说明了 DPDK 的内存管理与优化、DPDK 的编译与运行方法，介绍了测试和分析高性能网卡的工具与方法，是手把手式的贴心教程。这对于讲述内核驱动开发来说，是相当友好的学习体验。