DPDK：网卡多队列技术与RSS功能介绍

多队列网卡是一种技术，最初是用来解决网络IO QoS （quality of service）问题的，后来随着网络IO的带宽的不断提升，单核CPU不能完全处满足网卡的需求，通过多队列网卡驱动的支持，将各个队列通过中断绑定到不同的核上，以满足网卡的需求。
常见的有Intel的82575、82576，Boardcom的57711等，下面以公司的服务器使用较多的Intel 82575网卡为例，分析一下多队列网卡的硬件的实现以及linux内核软件的支持。

1.多队列网卡硬件实现

图1.1是Intel 82575硬件逻辑图，有四个硬件队列。当收到报文时，通过hash包头的SIP、Sport、DIP、Dport四元组，将一条流总是收到相同的队列。同时触发与该队列绑定的中断。

图1.1 82575硬件逻辑图

2.什么是RSS

RSS(Receive Side Scaling)是一种能够在多处理器系统下使接收报文在多个CPU之间高效分发的网卡驱动技术。
网卡对接收到的报文进行解析，获取IP地址、协议和端口五元组信息
网卡通过配置的HASH函数根据五元组信息计算出HASH值,也可以根据二、三或四元组进行计算。
取HASH值的低几位(这个具体网卡可能不同)作为RETA(redirection table)的索引
根据RETA中存储的值分发到对应的CPU
下图描述了完整的处理流程：
基于RSS技术程序可以通过硬件在多个CPU之间来分发数据流，并且可以通过对RETA的修改来实现动态的负载均衡。

3.在DPDK中配置RSS

DPDK支持设置静态hash值和配置RETA。 不过DPDK中RSS是基于端口的，并根据端口的接收队列进行报文分发的。 例如我们在一个端口上配置了3个接收队列(0,1,2)并开启了RSS，那么 中就是这样的:
{0,1,2,0,1,2,0………}
运行在不同CPU的应用程序就从不同的接收队列接收报文，这样就达到了报文分发的效果。
在DPDK中通过设置rte_eth_conf中的mq_mode字段来开启RSS功能， rx_mode.mq_mode = ETH_MQ_RX_RSS。
当RSS功能开启后，报文对应的rte_pktmbuf中就会存有RSS计算的hash值，可以通过pktmbuf.hash.rss来访问。 这个值可以直接用在后续报文处理过程中而不需要重新计算hash值，如快速转发，标识报文流等。
RETA是运行时可配置的，这样应用程序就可以动态改变CPU对应的接收队列，从而动态调节报文分发。 具体通过PMD模块的驱动进行配置，例如ixgbe_dev_rss_reta_update和ixgbe_dev_rss_reta_query。

4.对称RSS

在网络应用中，如果同一个连接的双向报文在开启RSS之后被分发到同一个CPU上处理，这种RSS就称为对称RSS。 对于需要为连接保存一些信息的网络应用来说，对称RSS对性能提升有很大帮助。 如果同一个连接的双向报文被分发到不同的CPU，那么两个CPU之间共享这个连接的信息就会涉及到锁，而锁显然是会影响性能的。

RSS一般使用Toeplitz哈希算法，该算法有两个输入：一个默认的hash key和从报文中提取的五元组信息。 DPDK使用的默认hash key是微软推荐的，具体定义见lib/librte_pmd_e1000/igb_rxtx.c:1539， 同一个连接的不同方向使用这个默认值计算出来的hash值是不一样的。

具体讲就是{src: 1.1.1.1, dst: 2.2.2.2, srcport: 123, dstport: 456}和{src: 2.2.2.2, dst: 1.1.1.1, srcport: 456, dstport: 123} 计算出来的hash值是不一样的，hash值不一样就会导致两个方向的报文被分发到不同的接收队列，由不同的CPU进行处理。