前言

DPDK提供了一系列对网卡的操作，包括rte_ether_hdr、rte_ipv4_hdr、rte_udp_hdr等，需要自己进行协议栈的解析处理。但是在应用开发的过程中，有很多部分是不需要DPDK做这种处理的，比如：DNS仅处理所有协议中UDP部分的数据，而其他类型的数据DPDK不做处理，还是写回内核，交给内核协议栈去做。对于需要写回内核的数据，DPDK提供了一组接口——Kernel Network Interface，简称KNI。

DPDK开启了一个线程，不断地取数据，通过KNI往内核里面送，内核协议栈处理完后，再交给应用程序。这个过程中，KNI会在内核中生成一个net device，例如：veth0。与eth0、eth1一样，DPDK通过这个虚拟的veth0送数据，对应内核协议栈接管这个数据。DPDK能够通过修改生成的映射文件dev/kni对它进行操作。

一、KNI启动

在运行DPDK时，需要选择“45”选项，插入KNI模块。

1.先初始化KNI

在初始化端口时，初始化KNI并分配内存。

struct rte_kni *global_kni = NULL;

if (-1 == rte_kni_init(gDpdkPortId)) {
	rte_exit(EXIT_FAILURE, "kni init failed\n");
}
init_port(mbuf_pool);
// kni_alloc
global_kni = alloc_kni(mbuf_pool);

2.分配一个KNI

创建kni函数定义：

static struct rte_kni *alloc_kni(struct rte_mempool *mbuf_pool);

所需的参数：

mbuf_pool，dpdk为kni提供了一个线程，线程分配了一块内存，接收数据就需要内存池；
conf：配置kni的一些参数，包括配置名字、绑定的ID、包的大小等；
ops：表示操作，比如：更改IP地址，更改MAC地址，down掉网卡等。

1）初始化conf

struct rte_kni_conf conf;
memset(&conf, 0, sizeof(conf));

snprintf(conf.name, RTE_KNI_NAMESIZE, "vEth%u", gDpdkPortId);
conf.group_id = gDpdkPortId;
conf.mbuf_size = MAX_PACKET_SIZE;
rte_eth_macaddr_get(gDpdkPortId, (struct rte_ether_addr *)conf.mac_addr);
rte_eth_dev_get_mtu(gDpdkPortId, &conf.mtu);

print_ethaddr("alloc_kni: ", (struct rte_ether_addr *)conf.mac_addr);

2）初始化ops

struct rte_kni_ops ops;
memset(&ops, 0, sizeof(ops));

ops.port_id = gDpdkPortId;
ops.config_network_if = config_network_if;

这里ops.config_network_if设置的处理函数如下：

// config_network_if
// rte_kni_handle_request
static int config_network_if(uint16_t port_id, uint8_t if_up) {

	if (!rte_eth_dev_is_valid_port(port_id)) {
		return -EINVAL;
	}

	int ret = 0;
	if (if_up) {
		rte_eth_dev_stop(port_id);
		ret = rte_eth_dev_start(port_id);
	} else {
		rte_eth_dev_stop(port_id);
	}

	if (ret < 0) {
		printf("Failed to start port : %d\n", port_id);
	}

	return 0;
}

3）初始化ops

创建kni_hanlder 后，作为函数返回值

kni_hanlder = rte_kni_alloc(mbuf_pool, &conf, &ops);	
if (!kni_hanlder) {
	rte_exit(EXIT_FAILURE, "Failed to create kni for port : %d\n", gDpdkPortId);
}

return kni_hanlder;

3.开启混杂模式

在init_port函数中开启混杂模式

rte_eth_promiscuous_enable(gDpdkPortId);

二、重构网络协议分发流程

将UDP/TCP以外的所有协议，交给KNI处理。其中，保留一部分ARP功能，在协议栈层处理UDP/TCP报文时，判断IP与MAC信息是否在ARP表中，若没有则添加进去。

1.插入ARP信息

插入ARP信息实现函数如下：

static int arp_entry_insert(uint32_t ip, uint8_t *mac) {
	struct arp_table *table = arp_table_instance();
	uint8_t *hwaddr = get_dst_macaddr(ip);
	if (hwaddr == NULL) {
		struct arp_entry *entry = rte_malloc("arp_entry",sizeof(struct arp_entry), 0);
		if (entry) {
			memset(entry, 0, sizeof(struct arp_entry));

			entry->ip = ip;
			rte_memcpy(entry->hwaddr, mac, RTE_ETHER_ADDR_LEN);
			entry->type = 0;

			pthread_spin_lock(&table->spinlock);
			LL_ADD(entry, table->entries);
			table->count ++;
			pthread_spin_unlock(&table->spinlock);		
		}
		return 1; //
	}
	return 0;
}

2.流程重构

将其他报文交给KNI，在pkt_process函数中，添加以下代码：
在这里插入图片描述
rte_kni_tx_burst和rte_kni_handle_request函数是配套使用的，如果不执行rte_kni_handle_request函数，一旦执行ifconfig vEth0 192.168.0.119 up，是不会有反应的，因为config_network_if没有回调。

3.报错

执行ifconfig vEth0 192.168.0.119 up出现：

SIOCSIFFLAGS: Timer expired

原因是UDP Server在处理时，定时器会发送ARP请求，ARP send时进入了死循环。

ARP Timer超时
arptable没有加速

这里对ARP表优化，进行加速：

struct arp_table {

	struct arp_entry *entries;
	int count;

	pthread_spinlock_t spinlock;
};

在每次添加ARP结点时加锁：

pthread_spin_lock(&table->spinlock);
LL_ADD(entry, table->entries);
table->count ++;
pthread_spin_unlock(&table->spinlock);

三、tcpdump抓包调试KNI

对虚拟网卡vEth0抓包：

tcpdump -i vEth0

tcpdump 是一个运行在命令行下的抓包工具。
例：

在ens33网卡上监听100个目标端口是443端口的数据包，并保存到/root/1.cap，可再用wireshark打开并分析数据包
tcpdump -i ens33 -c 100 ‘dst port 443’ -w /root/1.cap
在ens33网卡上监听5个目标主机是192.168.146.131的不是tcp协议的数据包：
tcpdump -i ens33 -c 5 dst host 192.168.146.131 and ‘not tcp’