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Linux高性能網絡詳解:從DPDK、RDMA到XDP 版權信息
- ISBN：9787115609649
- 條形碼：9787115609649 ; 978-7-115-60964-9
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
Linux高性能網絡詳解:從DPDK、RDMA到XDP 本書特色
源自作者十多年高性能網絡設備領域的開發經驗總結
細致剖析Linux高性能網絡主流解決方案以及開發細節
涵蓋DPDK和RDMA等當下熱點技術，同時涉及前沿的XDP技術
源碼級教學，圖示軟硬件交互流程，實現方法翔實齊全，可直接用于業務實踐，提升高性能網絡開發能力
本書主要內容：
第1部分，背景知識
介紹網絡基本概念、計算機硬件構成、Linux操作系統、軟硬件之間的信息傳遞方式、內核協議棧方案及其存在的問題，并詳細講解了開源網卡解決方案Corundum的實現機制。
第2部分，DPDK
介紹DPDK技術，具體內容包括DPDK簡介、內存管理、UIO機制、基本使用方法等，并測試和分析DPDK的性能，以及為Corundum編寫DPDK驅動程序。源自作者十多年高性能網絡設備領域的開發經驗總結
細致剖析Linux高性能網絡主流解決方案以及開發細節
涵蓋DPDK和RDMA等當下熱點技術，同時涉及前沿的XDP技術
源碼級教學，圖示軟硬件交互流程，實現方法翔實齊全，可直接用于業務實踐，提升高性能網絡開發能力
本書主要內容：
第1部分，背景知識
介紹網絡基本概念、計算機硬件構成、Linux操作系統、軟硬件之間的信息傳遞方式、內核協議棧方案及其存在的問題，并詳細講解了開源網卡解決方案Corundum的實現機制。
第2部分，DPDK
介紹DPDK技術，具體內容包括DPDK簡介、內存管理、UIO機制、基本使用方法等，并測試和分析DPDK的性能，以及為Corundum編寫DPDK驅動程序。
第3部分，RDMA
介紹RDMA技術，內容包括其軟件架構、基本元素、基本操作類型及其配套機制、傳輸服務、RDMA主要元素的實現等。
第4部分，XDP
介紹XDP的基本概念、實現機制、使用方法，以及如何在Linux設備驅動中支持XDP功能。
Linux高性能網絡詳解:從DPDK、RDMA到XDP 內容簡介
本書從軟件和硬件層面詳細介紹了DPDK、RDMA和XDP這3種高性能網絡技術的實現方案和交互流程，以幫助解決企業Linux原生網絡方案中的業務實際需求。本書分為四大部分。**部分講解計算機網絡、硬件和Linux操作系統的基礎知識，第二部分詳細介紹DPDK技術的基礎知識以及為Corundum編寫DPDK驅動程序的實現機制和源代碼。第三部分詳細介紹RDMA技術的基礎知識，以及一個簡單的RDMA應用程序和RDMA的性能測試工具——perftest的安裝和測試流程。第四部分介紹XDP技術的基本概念、測試XDP性能的方法，以及如何讓Linux網絡設備驅動支持XDP功能。
Linux高性能網絡詳解:從DPDK、RDMA到XDP 目錄
第 1部分 背景知識
第 1章 計算機網絡概述 3
1.1 計算機網絡的定義和構成 3
1.2 計算機網絡的體系結構 4
1.3 常見術語 6
第 2章 計算機硬件 10
2.1 中央處理器 10
2.1.1 處理器體系結構 11
2.1.2 Cache 12
2.1.3 NUMA 17
2.2 存儲器 19
2.3 總線 19
2.4 網卡 22
第3章 Linux操作系統 25
3.1 Linux操作系統的誕生和發展 25
3.2 用戶態和內核態 27
3.3 虛擬地址、物理地址和頁表 28
3.4 用戶空間和內核空間 30
3.5 Linux內核的組成 31
3.5.1 Linux內核源代碼的目錄結構 31
3.5.2 Linux內核的主要組成部分 32
3.6 Linux設備驅動程序 35
第4章 軟件和硬件之間傳遞信息的方式 37
4.1 寄存器 37
4.2 數據緩存 38
4.3 隊列和描述符 39
4.4 中斷 43
4.5 DMA 46
第5章 內核協議棧方案及其存在的問題 47
5.1 內核協議棧方案的工作過程 47
5.2 內核協議棧方案的數據流 49
5.3 內核協議棧方案的缺點 50
第6章 Corundum——一個開源的基于FPGA的100G網卡方案 51
6.1 Corundum方案簡介 51
6.2 Corundum的隊列 54
6.3 Corundum的Linux網絡設備驅動程序解析 56
6.3.1 驅動程序源碼概覽 57
6.3.2 驅動程序的編譯和使用 57
6.3.3 驅動程序的加載和注冊 58
6.3.4 驅動程序和設備的匹配 59
6.3.5 初始化階段 60
6.3.6 打開網絡接口 72
6.3.7 數據發送 75
6.3.8 中斷處理 81
6.3.9 發送完成處理 85
6.3.10 數據接收 89
第 2部分 DPDK
第7章 認識DPDK 97
7.1 為什么需要DPDK 97
7.2 DPDK體系結構 98
7.2.1 核心組件 98
7.2.2 輪詢模式驅動 100
7.3 一個典型的DPDK應用程序 102
第8章 DPDK的內存管理 104
8.1 影響數據包處理速度的內存問題 104
8.2 大頁 105
8.2.1 在Linux系統中預留和配置大頁 105
8.2.2 DPDK的大頁管理 106
8.3 mempool 111
8.4 通道和rank 113
8.5 DPDK使用的內存管理技巧總結 114
第9章 UIO——DPDK的基石 115
9.1 UIO驅動程序的構成 115
9.2 應用程序和UIO的交互方式 118
9.3 UIO驅動程序的API 119
9.4 DPDK如何使用UIO 120
第 10章 DPDK的基本使用方法 123
10.1 編譯DPDK 123
10.2 使用dpdk-testpmd進行數據包轉發測試 123
10.2.1 運行環境和連接方式 124
10.2.2 使用Linux以太網驅動程序運行dpdk-testpmd 125
10.2.3 使用輪詢模式驅動程序運行dpdk-testpmd 129
10.3 使用pktgen測試Mellanox ConnectX-4 LX 10G網卡 132
10.3.1 硬件環境 132
10.3.2 軟件版本 132
10.3.3 安裝Mellanox網卡驅動程序 132
10.3.4 編譯和安裝DPDK 133
10.3.5 “回環 轉發”測試 133
10.3.6 編譯pktgen 138
10.3.7 “外部發包 本地轉發”測試 138
10.3.8 測試過程中可能遇到的問題及解決方法 141
第 11章 測試和分析高性能網卡 142
11.1 關于DDR訪問速率的思考和測試 142
11.1.1 硬件配置和軟件版本 143
11.1.2 DDR理論速率 144
11.1.3 內存性能測試工具mbw 145
11.1.4 單核測試 146
11.1.5 多核測試 148
11.2 基于100G網卡的單核和多核測試 150
11.2.1 硬件配置 150
11.2.2 軟件版本和配置 150
11.2.3 單核測試 150
11.2.4 雙核測試 152
11.2.5 測試結果總結 153
11.3 使用Intel VTune Profiler定量分析DPDK 154
11.3.1 硬件環境和軟件版本 154
11.3.2 Intel VTune Profiler的下載和安裝 155
11.3.3 測試模型 155
11.3.4 重新編譯安裝DPDK 155
11.3.5 使用Intel VTune Profiler啟動和監控dpdk-testpmd 156
11.3.6 開始產生和發送數據包 159
11.3.7 統計和分析 159
第１2章 為Corundum編寫DPDK驅動程序 163
12.1 Corundum DPDK驅動程序的組成 164
12.2 注冊和打開調試日志 164
12.2.1 DPDK的日志級別 164
12.2.2 Corundum DPDK驅動程序的日志 165
12.3 Corundum DPDK驅動程序的注冊 167
12.4 Corundum DPDK驅動程序的初始化 168
12.5 啟動隊列 173
12.6 數據發送 176
12.7 編寫驅動程序時的注意事項 179
第3部分 RDMA
第 13章 RDMA技術簡介 185
13.1 RDMA的控制通路和數據通路 185
13.2 RDMA的優勢 188
13.3 RDMA協議 189
13.3.1 InfiniBand 190
13.3.2 RoCE 190
13.3.3 iWARP 192
13.4 RDMA網絡構成 192
13.5 LID和GID 194
13.5.1 LID 194
13.5.2 GID 195
第 14章 RDMA軟件架構 198
14.1 rdma-core 198
14.2 內核RDMA子系統 199
14.3 RDMA軟件架構總覽 201
第 15章 RDMA基本元素 202
15.1 WQ和WQE 202
15.2 QP和QPN 203
15.3 CQ和CQN 205
15.4 WR和WC 206
15.5 RDMA基本元素總結 207
第 16章 RDMA基本操作類型及其配套機制 208
16.1 Send和Receive 208
16.2 RDMA Write 209
16.3 RDMA Read 210
16.4 其他RDMA操作類型 212
16.5 RDMA操作類型總結 213
16.6 Memory Region 214
16.6.1 MR的基本概念 215
16.6.2 MR的作用之一 215
16.6.3 MR的作用之二 216
16.6.4 MR的作用之三 217
16.7 PD 218
16.8 Doorbell機制 219
16.9 RDMA各種元素的實體形式 220
第 17章 RDMA傳輸服務 222
17.1 傳輸服務維度一——可靠/不可靠 222
17.2 傳輸服務維度二——連接/數據報 223
17.3 傳輸服務類型 225
第 18章 一個簡單的RDMA應用程序 229
18.1 程序的執行和輸出 229
18.2 代碼執行流程 230
第 19章 RDMA主要元素的實現 234
19.1 分配PD 234
19.2 注冊MR 240
19.2.1 代碼執行流程分析 240
19.2.2 注冊MR的具體工作 242
19.2.3 硬件查表獲取MR物理地址的過程 246
19.2.4 MR相關的軟硬件行為匯總 248
19.3 創建CQ 249
19.3.1 代碼執行流程分析 249
19.3.2 CQ buffer的組織形式 253
19.3.3 CQ Context的組織形式 255
19.3.4 硬件獲取CQE地址的過程 257
19.3.5 CQ相關的軟硬件行為匯總 258
19.4 創建QP 258
19.4.1 代碼執行流程分析 258
19.4.2 QP buffer的組織形式 263
19.4.3 QP Context的組織形式 264
19.5 修改QP 265
19.5.1 應用程序修改QP 265
19.5.2 代碼執行流程分析 267
19.5.3 硬件獲取WQE地址的過程 270
第 20章 進行一次數據傳輸 272
20.1 發起數據傳輸——RDMA Write 272
20.1.1 應用程序發起數據傳輸 272
20.1.2 代碼執行流程分析 273
20.2 確認數據傳輸完畢——輪詢CQ 276
20.3 軟件和硬件行為匯總 277
第 21章 RoCEv2網卡的MAC、IP和GID 279
21.1 RoCEv2網卡的GID 279
21.2 向RoCEv2網卡配置自己的MAC、IP和GID 281
21.2.1 獲取RoCEv2網卡自己的MAC 281
21.2.2 獲取RoCEv2網卡自己的IP地址 281
21.2.3 配置RoCEv2網卡自己的0號GID 281
21.2.4 配置RoCEv2網卡自己的非0號GID 282
21.3 向RoCEv2網卡配置對端設備的MAC、IP和GID 282
21.3.1 應用程序獲取本地和對端設備的0號GID 283
21.3.2 應用程序獲取對端設備的非0號（3號）GID 284
21.3.3 向RoCEv2網卡配置對端設備的MAC地址 284
21.3.4 向RoCEv2網卡配置對端設備的IP地址 285
第 22章 RDMA性能測試工具—perftest 286
22.1 源碼獲取和安裝 286
22.2 測試方法和注意事項 286
22.3 測試選項 287
22.4 簡單的測試過程和結果呈現 289
第4部分 XDP
第 23章 XDP簡介 293
23.1 什么是BPF和eBPF 293
23.2 XDP系統架構 294
23.2.1 XDP程序的執行流程 295
23.2.2 BPF map 297
第 24章 XDP教程代碼分析 298
24.1 xdp-tutorial代碼獲取和編譯 298
24.2 基礎課程 299
24.2.1 XDP程序的加載和卸載 299
24.2.2 按名稱加載SEC 301
24.2.3 使用BPF map 302
24.2.4 多程序交流和共享 304
24.3 數據包處理課程 308
24.3.1 解析數據包 308
24.3.2 改寫數據包 311
24.3.3 重定向 313
第 25章 簡單的XDP性能測試 319
25.1 測試方法 319
25.2 測試流程和命令 320
25.3 測試結果 321
25.4 測試結果分析 321
第 26章 讓網卡驅動程序支持XDP功能 322
26.1 XDP代碼在網卡驅動中的位置 322
26.2 數據包的準備 323
26.3 返回值的處理 323
附錄A 在Linux系統中查找各種核的對應關系 325
附錄B 關于內存性能測試工具mbw的問題分析 331
附錄C 簡單分析memcpy的代碼優化方法 335
附錄D 用線性回歸方法計算CPU頻率 338
第 1章 計算機網絡概述 3
1.1 計算機網絡的定義和構成 3
1.2 計算機網絡的體系結構 4
1.3 常見術語 6
第 2章 計算機硬件 10
2.1 中央處理器 10
2.1.1 處理器體系結構 11
2.1.2 Cache 12
2.1.3 NUMA 17
2.2 存儲器 19
2.3 總線 19
2.4 網卡 22
第3章 Linux操作系統 25
3.1 Linux操作系統的誕生和發展 25
3.2 用戶態和內核態 27
3.3 虛擬地址、物理地址和頁表 28
3.4 用戶空間和內核空間 30
3.5 Linux內核的組成 31
3.5.1 Linux內核源代碼的目錄結構 31
3.5.2 Linux內核的主要組成部分 32
3.6 Linux設備驅動程序 35
第4章 軟件和硬件之間傳遞信息的方式 37
4.1 寄存器 37
4.2 數據緩存 38
4.3 隊列和描述符 39
4.4 中斷 43
4.5 DMA 46
第5章 內核協議棧方案及其存在的問題 47
5.1 內核協議棧方案的工作過程 47
5.2 內核協議棧方案的數據流 49
5.3 內核協議棧方案的缺點 50
第6章 Corundum——一個開源的基于FPGA的100G網卡方案 51
6.1 Corundum方案簡介 51
6.2 Corundum的隊列 54
6.3 Corundum的Linux網絡設備驅動程序解析 56
6.3.1 驅動程序源碼概覽 57
6.3.2 驅動程序的編譯和使用 57
6.3.3 驅動程序的加載和注冊 58
6.3.4 驅動程序和設備的匹配 59
6.3.5 初始化階段 60
6.3.6 打開網絡接口 72
6.3.7 數據發送 75
6.3.8 中斷處理 81
6.3.9 發送完成處理 85
6.3.10 數據接收 89
第 2部分 DPDK
第7章 認識DPDK 97
7.1 為什么需要DPDK 97
7.2 DPDK體系結構 98
7.2.1 核心組件 98
7.2.2 輪詢模式驅動 100
7.3 一個典型的DPDK應用程序 102
第8章 DPDK的內存管理 104
8.1 影響數據包處理速度的內存問題 104
8.2 大頁 105
8.2.1 在Linux系統中預留和配置大頁 105
8.2.2 DPDK的大頁管理 106
8.3 mempool 111
8.4 通道和rank 113
8.5 DPDK使用的內存管理技巧總結 114
第9章 UIO——DPDK的基石 115
9.1 UIO驅動程序的構成 115
9.2 應用程序和UIO的交互方式 118
9.3 UIO驅動程序的API 119
9.4 DPDK如何使用UIO 120
第 10章 DPDK的基本使用方法 123
10.1 編譯DPDK 123
10.2 使用dpdk-testpmd進行數據包轉發測試 123
10.2.1 運行環境和連接方式 124
10.2.2 使用Linux以太網驅動程序運行dpdk-testpmd 125
10.2.3 使用輪詢模式驅動程序運行dpdk-testpmd 129
10.3 使用pktgen測試Mellanox ConnectX-4 LX 10G網卡 132
10.3.1 硬件環境 132
10.3.2 軟件版本 132
10.3.3 安裝Mellanox網卡驅動程序 132
10.3.4 編譯和安裝DPDK 133
10.3.5 “回環 轉發”測試 133
10.3.6 編譯pktgen 138
10.3.7 “外部發包 本地轉發”測試 138
10.3.8 測試過程中可能遇到的問題及解決方法 141
第 11章 測試和分析高性能網卡 142
11.1 關于DDR訪問速率的思考和測試 142
11.1.1 硬件配置和軟件版本 143
11.1.2 DDR理論速率 144
11.1.3 內存性能測試工具mbw 145
11.1.4 單核測試 146
11.1.5 多核測試 148
11.2 基于100G網卡的單核和多核測試 150
11.2.1 硬件配置 150
11.2.2 軟件版本和配置 150
11.2.3 單核測試 150
11.2.4 雙核測試 152
11.2.5 測試結果總結 153
11.3 使用Intel VTune Profiler定量分析DPDK 154
11.3.1 硬件環境和軟件版本 154
11.3.2 Intel VTune Profiler的下載和安裝 155
11.3.3 測試模型 155
11.3.4 重新編譯安裝DPDK 155
11.3.5 使用Intel VTune Profiler啟動和監控dpdk-testpmd 156
11.3.6 開始產生和發送數據包 159
11.3.7 統計和分析 159
第１2章 為Corundum編寫DPDK驅動程序 163
12.1 Corundum DPDK驅動程序的組成 164
12.2 注冊和打開調試日志 164
12.2.1 DPDK的日志級別 164
12.2.2 Corundum DPDK驅動程序的日志 165
12.3 Corundum DPDK驅動程序的注冊 167
12.4 Corundum DPDK驅動程序的初始化 168
12.5 啟動隊列 173
12.6 數據發送 176
12.7 編寫驅動程序時的注意事項 179
第3部分 RDMA
第 13章 RDMA技術簡介 185
13.1 RDMA的控制通路和數據通路 185
13.2 RDMA的優勢 188
13.3 RDMA協議 189
13.3.1 InfiniBand 190
13.3.2 RoCE 190
13.3.3 iWARP 192
13.4 RDMA網絡構成 192
13.5 LID和GID 194
13.5.1 LID 194
13.5.2 GID 195
第 14章 RDMA軟件架構 198
14.1 rdma-core 198
14.2 內核RDMA子系統 199
14.3 RDMA軟件架構總覽 201
第 15章 RDMA基本元素 202
15.1 WQ和WQE 202
15.2 QP和QPN 203
15.3 CQ和CQN 205
15.4 WR和WC 206
15.5 RDMA基本元素總結 207
第 16章 RDMA基本操作類型及其配套機制 208
16.1 Send和Receive 208
16.2 RDMA Write 209
16.3 RDMA Read 210
16.4 其他RDMA操作類型 212
16.5 RDMA操作類型總結 213
16.6 Memory Region 214
16.6.1 MR的基本概念 215
16.6.2 MR的作用之一 215
16.6.3 MR的作用之二 216
16.6.4 MR的作用之三 217
16.7 PD 218
16.8 Doorbell機制 219
16.9 RDMA各種元素的實體形式 220
第 17章 RDMA傳輸服務 222
17.1 傳輸服務維度一——可靠/不可靠 222
17.2 傳輸服務維度二——連接/數據報 223
17.3 傳輸服務類型 225
第 18章 一個簡單的RDMA應用程序 229
18.1 程序的執行和輸出 229
18.2 代碼執行流程 230
第 19章 RDMA主要元素的實現 234
19.1 分配PD 234
19.2 注冊MR 240
19.2.1 代碼執行流程分析 240
19.2.2 注冊MR的具體工作 242
19.2.3 硬件查表獲取MR物理地址的過程 246
19.2.4 MR相關的軟硬件行為匯總 248
19.3 創建CQ 249
19.3.1 代碼執行流程分析 249
19.3.2 CQ buffer的組織形式 253
19.3.3 CQ Context的組織形式 255
19.3.4 硬件獲取CQE地址的過程 257
19.3.5 CQ相關的軟硬件行為匯總 258
19.4 創建QP 258
19.4.1 代碼執行流程分析 258
19.4.2 QP buffer的組織形式 263
19.4.3 QP Context的組織形式 264
19.5 修改QP 265
19.5.1 應用程序修改QP 265
19.5.2 代碼執行流程分析 267
19.5.3 硬件獲取WQE地址的過程 270
第 20章 進行一次數據傳輸 272
20.1 發起數據傳輸——RDMA Write 272
20.1.1 應用程序發起數據傳輸 272
20.1.2 代碼執行流程分析 273
20.2 確認數據傳輸完畢——輪詢CQ 276
20.3 軟件和硬件行為匯總 277
第 21章 RoCEv2網卡的MAC、IP和GID 279
21.1 RoCEv2網卡的GID 279
21.2 向RoCEv2網卡配置自己的MAC、IP和GID 281
21.2.1 獲取RoCEv2網卡自己的MAC 281
21.2.2 獲取RoCEv2網卡自己的IP地址 281
21.2.3 配置RoCEv2網卡自己的0號GID 281
21.2.4 配置RoCEv2網卡自己的非0號GID 282
21.3 向RoCEv2網卡配置對端設備的MAC、IP和GID 282
21.3.1 應用程序獲取本地和對端設備的0號GID 283
21.3.2 應用程序獲取對端設備的非0號（3號）GID 284
21.3.3 向RoCEv2網卡配置對端設備的MAC地址 284
21.3.4 向RoCEv2網卡配置對端設備的IP地址 285
第 22章 RDMA性能測試工具—perftest 286
22.1 源碼獲取和安裝 286
22.2 測試方法和注意事項 286
22.3 測試選項 287
22.4 簡單的測試過程和結果呈現 289
第4部分 XDP
第 23章 XDP簡介 293
23.1 什么是BPF和eBPF 293
23.2 XDP系統架構 294
23.2.1 XDP程序的執行流程 295
23.2.2 BPF map 297
第 24章 XDP教程代碼分析 298
24.1 xdp-tutorial代碼獲取和編譯 298
24.2 基礎課程 299
24.2.1 XDP程序的加載和卸載 299
24.2.2 按名稱加載SEC 301
24.2.3 使用BPF map 302
24.2.4 多程序交流和共享 304
24.3 數據包處理課程 308
24.3.1 解析數據包 308
24.3.2 改寫數據包 311
24.3.3 重定向 313
第 25章 簡單的XDP性能測試 319
25.1 測試方法 319
25.2 測試流程和命令 320
25.3 測試結果 321
25.4 測試結果分析 321
第 26章 讓網卡驅動程序支持XDP功能 322
26.1 XDP代碼在網卡驅動中的位置 322
26.2 數據包的準備 323
26.3 返回值的處理 323
附錄A 在Linux系統中查找各種核的對應關系 325
附錄B 關于內存性能測試工具mbw的問題分析 331
附錄C 簡單分析memcpy的代碼優化方法 335
附錄D 用線性回歸方法計算CPU頻率 338
展開全部
Linux高性能網絡詳解:從DPDK、RDMA到XDP 作者簡介
劉偉，擁有14年網絡設備開發領域的從業經驗，當前就職于浪潮電子信息產業股份有限公司體系結構研究部，負責高性能網卡的架構設計和驅動程序開發工作。在此之前，曾以驅動團隊和網絡接入設備產品開發負責人的身份在上海諾基亞貝爾固網事業部工作了7年；還曾經就職于中興通訊和上海愛吉信息技術有限公司，負責多款通信產品的研發工作。平時喜歡鉆研技術和讀書，并經常在自己的個人公 眾號“布魯斯的讀書圈”中發表原創的技術文章。
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