深入浅出DPDK

图书标准信息

• 作者 朱河清 著
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2016-05
• 版次 1
• ISBN 9787111537830
• 定价 69.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 267页
• 字数 350千字

【内容简介】

近年来，随着网络技术的不断创新和市场的发展，越来越多的网络设备基础架构开始向基于通用处理器平台的架构方向融合，期望用更低的成本和更短的产品开发周期来提供多样的网络单元和丰富的功能，如应用处理、控制处理、包处理、信号处理等。为了适应这一新的产业趋势， 英特尔公司联合第三方软件开发公司及时推出了基于Intel® x86架构的DPDK (Data Plane Development Kit，数据平面开发套件)，实现了高效灵活的包处理解决方案。经过近6年的发展,DPDK已经发展成支持多种高性能网卡和多通用处理器平台的开源软件工具包，并已成为通用处理器平台上影响力*大的数据平面解决方案。
本书汇聚了*资深的DPDK技术专家的精辟见解和实战体验，详细介绍了DPDK技术发展趋势、数据包处理、硬件加速技术、包处理和虚拟化 ，以及DPDK 技术在SDN、NFV、网络存储等领域的实际应用。书中还使用大量的篇幅讲解各种核心软件算法、*先进的数据优化思想、大量详尽的实战心得和使用指南。作为国内*一本全面阐述网络数据面的核心技术的书籍，本书主要面向IT、网络通讯行业的从业人员，以及大专院校的学生，用通俗易懂的文字打开了一扇通向新一代网络处理架构的大门。

【作者简介】

朱河清 现为英特尔DPDK与Hyperscan软件经理，在Intel、Alcatel、Huawei、Lucent有15年通信网络设备研发与开源软件开发经验。
梁存铭 英特尔资深软件工程师，在计算机网络领域具有丰富的实践开发经验，提交多项美国专利。作为DPDK早期贡献者之一，在PCIe 高性能加速、I/O虚拟化、IA指令优化、协议栈优化等方面有较深入的研究。
胡雪焜 现为英特尔网络通讯平台部门应用工程师，主要研究底层虚拟化技术和基于IA架构的数据面性能优化, 以及对网络演进的影响，具有丰富的SDN/NFV商业实践。
曹水 现为英特尔软件经理，从事嵌入式开发和软件行业超过15年，主要负责DPDK软件测试工作。 

【目录】

序　　言
引　　言
作者介绍
第一部分　DPDK基础篇
第1章　认识DPDK 3
1.1　主流包处理硬件平台 3
1.1.1　硬件加速器 4
1.1.2　网络处理器 4
1.1.3　多核处理器 5
1.2　初识DPDK 7
1.2.1　IA不适合进行数据包处理吗 7
1.2.2　DPDK最佳实践 9
1.2.3　DPDK框架简介 10
1.2.4　寻找性能优化的天花板 11
1.3　解读数据包处理能力 12
1.4　探索IA处理器上最艰巨的任务 13
1.5　软件包处理的潜力——再识DPDK 14
1.5.1　DPDK加速网络节点 14
1.5.2　DPDK加速计算节点 15
1.5.3　DPDK加速存储节点 15
1.5.4　DPDK的方法论 16
1.6　从融合的角度看DPDK 16
1.7　实例 17
1.7.1　HelloWorld 17
1.7.2　Skeleton 19
1.7.3　L3fwd 22
1.8　小结 25
第2章　Cache和内存 26
2.1　存储系统简介 26
2.1.1　系统架构的演进 26
2.1.2　内存子系统 28
2.2　Cache系统简介 29
2.2.1　Cache的种类 29
2.2.2　TLB Cache 30
2.3　Cache地址映射和变换 31
2.3.1　全关联型Cache 32
2.3.2　直接关联型Cache 32
2.3.3　组关联型Cache 33
2.4　Cache的写策略 34
2.5　Cache预取 35
2.5.1　Cache的预取原理 35
2.5.2　NetBurst架构处理器上的预取 36
2.5.3　两个执行效率迥异的程序 37
2.5.4　软件预取 38
2.6　Cache一致性 41
2.6.1　Cache Line对齐 41
2.6.2　Cache一致性问题的由来 42
2.6.3　一致性协议 43
2.6.4　MESI协议 44
2.6.5　DPDK如何保证Cache一致性 45
2.7　TLB和大页 47
2.7.1　逻辑地址到物理地址的转换 47
2.7.2　TLB 48
2.7.3　使用大页 49
2.7.4　如何激活大页 49
2.8　DDIO 50
2.8.1　时代背景 50
2.8.2　网卡的读数据操作 51
2.8.3　网卡的写数据操作 53
2.9　NUMA系统 54
第3章　并行计算 57
3.1　多核性能和可扩展性 57
3.1.1　追求性能水平扩展 57
3.1.2　多核处理器 58
3.1.3　亲和性 61
3.1.4　DPDK的多线程 63
3.2　指令并发与数据并行 66
3.2.1　指令并发 67
3.2.2　单指令多数据 68
3.3　小结 70
第4章　同步互斥机制 71
4.1　原子操作 71
4.1.1　处理器上的原子操作 71
4.1.2　Linux内核原子操作 72
4.1.3　DPDK原子操作实现和应用 74
4.2　读写锁 76
4.2.1　Linux读写锁主要API 77
4.2.2　DPDK读写锁实现和应用 78
4.3　自旋锁 79
4.3.1　自旋锁的缺点 79
4.3.2　Linux自旋锁API 79
4.3.3　DPDK自旋锁实现和应用 80
4.4　无锁机制 81
4.4.1　Linux内核无锁环形缓冲 81
4.4.2　DPDK无锁环形缓冲 82
4.5　小结 89
第5章　报文转发 90
5.1　网络处理模块划分 90
5.2　转发框架介绍 91
5.2.1　DPDK run to completion模型 94
5.2.2　DPDK pipeline模型 95
5.3　转发算法 97
5.3.1　精确匹配算法 97
5.3.2　最长前缀匹配算法 100
5.3.3　ACL算法 102
5.3.4　报文分发 103
5.4　小结 104
第6章　PCIe与包处理I/O 105
6.1　从PCIe事务的角度看包处理 105
6.1.1　PCIe概览 105
6.1.2　PCIe事务传输 105
6.1.3　PCIe带宽 107
6.2　PCIe上的数据传输能力 108
6.3　网卡DMA描述符环形队列 109
6.4　数据包收发——CPU和I/O的协奏 111
6.4.1　全景分析 111
6.4.2　优化的考虑 113
6.5　PCIe的净荷转发带宽 113
6.6　Mbuf与Mempool 114
6.6.1　Mbuf 114
6.6.2　Mempool 117
6.7　小结 117
第7章　网卡性能优化 118
7.1　DPDK的轮询模式 118
7.1.1　异步中断模式 118
7.1.2　轮询模式 119
7.1.3　混和中断轮询模式 120
7.2　网卡I/O性能优化 121
7.2.1　Burst收发包的优点 121
7.2.2　批处理和时延隐藏 124
7.2.3　利用Intel SIMD指令进一步并行化包收发 127
7.3　平台优化及其配置调优 128
7.3.1　硬件平台对包处理性能的影响 129
7.3.2　软件平台对包处理性能的影响 133
7.4　队列长度及各种阈值的设置 136
7.4.1　收包队列长度 136
7.4.2　发包队列长度 137
7.4.3　收包队列可释放描述符数量阈值（rx_free_thresh） 137
7.4.4　发包队列发送结果报告阈值（tx_rs_thresh） 137
7.4.5　发包描述符释放阈值（tx_free_thresh） 138
7.5　小结 138
第8章　流分类与多队列 139
8.1　多队列 139
8.1.1　网卡多队列的由来 139
8.1.2　Linux内核对多队列的支持 140
8.1.3　DPDK与多队列 142
8.1.4　队列分配 144
8.2　流分类 144
8.2.1　包的类型 144
8.2.2　RSS 145
8.2.3　Flow Director 146
8.2.4　服务质量 148
8.2.5　虚拟化流分类方式 150
8.2.6　流过滤 150
8.3　流分类技术的使用 151
8.3.1　DPDK结合网卡Flow Director功能 152
8.3.2　DPDK结合网卡虚拟化及Cloud Filter功能 155
8.4　可重构匹配表 156
8.5　小结 157
第9章　硬件加速与功能卸载 158
9.1　硬件卸载简介 158
9.2　网卡硬件卸载功能 159
9.3　DPDK软件接口 160
9.4　硬件与软件功能实现 161
9.5　计算及更新功能卸载 162
9.5.1　VLAN硬件卸载 162
9.5.2　IEEE1588硬件卸载功能 165
9.5.3　IP TCP/UDP/SCTP checksum硬件卸载功能 167
9.5.4　Tunnel硬件卸载功能 168
9.6　分片功能卸载 169
9.7　组包功能卸载 170
9.8　小结 172
第二部分　DPDK虚拟化技术篇
第10章　X86平台上的I/O虚拟化 175
10.1　X86平台虚拟化概述 176
10.1.1　CPU虚拟化 176
10.1.2　内存虚拟化 177
10.1.3　I/O虚拟化 178
10.2　I/O透传虚拟化 180
10.2.1　Intel? VT-d简介 180
10.2.2　PCIe SR-IOV概述 181
10.3　PCIe网卡透传下的收发包流程 183
10.4　I/O透传虚拟化配置的常见问题 184
10.5　小结 184
第11章　半虚拟化Virtio 185
11.1　Virtio使用场景 185
11.2　Virtio规范和原理 186
11.2.1　设备的配置 187
11.2.2　虚拟队列的配置 190
11.2.3　设备的使用 192
11.3　Virtio网络设备驱动设计 193
11.3.1　Virtio网络设备Linux内核驱动设计 193
11.3.2　基于DPDK用户空间的Virtio网络设备驱动设计以及性能优化 196
11.4　小结 198
第12章　加速包处理的vhost优化方案 199
12.1　vhost的演进和原理 199
12.1.1　Qemu与virtio-net 199
12.1.2　Linux内核态vhost-net 200
12.1.3　用户态vhost 201
12.2　基于DPDK的用户态vhost设计 201
12.2.1　消息机制 202
12.2.2　地址转换和映射虚拟机内存 203
12.2.3　vhost特性协商 204
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