今朝，有年夜量的收集利用在处置数据包的时辰只需要处置数据包头，而不会操作数据负载部门，例如防火墙、TCP/IP和谈栈和软件互换机。对这类收集利用而言， 包头处置发生的开消（称为“per-packet overhead”）占了全体开消的年夜部门。是以，若何削减包头处置开消是优化这类利用机能的要害。

削减包头处置开消最间接的方式：削减数据包数目

若何削减包数目？

●增年夜Maximum Transmission Unit （MTU）。在数据量必然的环境下，利用年夜MTU的数据包可照顾更大都据，从而削减了包的总量。但MTU值依靠在物理链路，我们没法包管数据包颠末的所有链路均利用年夜MTU。

●操纵网卡特征：Large Receive Offload （LRO），UDP Fragmentation Offload （UFO）和TCP Segmentation Offload （TSO）。如图1所示，LRO将从物理链路收到的TCP包（如1500B）归并为长度更长的TCP包（如64KB）;UFO和TSO将上层利用发送的长数据负载的UDP和TCP包（如64KB）拆分成长度更短的数据包（如1500B），以知足物理链路的MTU限制。经由过程在网卡长进行包归并和拆分，在不需要任何CPU开消的环境下，上层利用便可以处置数目年夜年夜削减的年夜包。但是，LRO、TSO和UFO凡是只能处置TCP和UDP包，并且并不是所有的网卡都撑持这些特征。

●软件包归并 （Generic Receive Offload，GRO）和包拆分 （Generic Segmentation Offload，GSO）。与前两种方式比拟，GRO和GSO有两个长处：第一，不依靠在物理链路和网卡;第二，可以或许撑持更多的和谈类型，如VxLAN和GRE。

图1. LRO、UFO和TSO工作道理

为了帮忙基在DPDK的利用法式（如Open vSwitch）削减包头处置开消，DPDK别离在17.08和17.11撑持了GRO和GSO。如图2所示， GRO和GSO是DPDK中的两个用户库，利用法式间接挪用它们进行包归并和分片。

图2. DPDK GRO和DPDK GSO

1、GRO库和GSO库布局

图3描画了GRO库和GSO库的布局。按照数据包类型，GRO库界说了分歧的GRO类型。每种GRO类型担任归并一品种型的数据包，如TCP/IPv4 GRO处置TCP/IPv4数据包。一样的，GSO库也界说了分歧的GSO类型。GRO库和GSO库别离按照MBUF的pa�����APPcket_type域和ol_flags域将输入的数据包交给对应的GRO和GSO类型处置。

图3. GRO库和GSO库的框架

2、若何利用GRO库和GSO库？

利用GRO和GSO库十分简单。如图4所示，只需要挪用一个函数即可以对包进行归并和分片。

图4. 代码示例

为了撑持分歧的用户场景，GRO库供给了两组API：轻量模式API和分量模式API，如图5所示。轻量模式API利用在需要快速归并少许数据包的场景，而分量模式API则用在需要细粒度地节制合包并需要归并年夜量数据包的场景。

图5. 轻量模式API和分量模式API

3、DPDK GRO的合包算法

算法挑战

●在高速的收集情况下，高开消的合包算法极可能会致使网卡丢包。

●包乱序（“Packet Reordering”）增添了合包难度。例如Linux GRO没法归并乱序的数据包。

这就要求DPDK GRO的合包算法：

足够轻量以顺应高速的收集情况

可以或许归并乱序包

基在Key的合包算法

为处理上述两点挑战，DPDK GRO采取基在Key的合包算法，其流程如图6所示。对新到的数据包，起首依照流（“flow”）对其进行分类，再在其地点的流中寻觅相邻的数据包（“neighbor”）进行归并。若没法找到婚配的流，就插入一条新流并将数据包存储到新流中。若没法找到邻人，则将数据包存储到对应的流中。

基在Key的合包算法有两个特点。起首，经由过程流分类来加快数据包的归并是十分轻量的一种做法;其次，保留没法归并的数据包（如乱序包）使得以后对其进行归并成为可能，故减轻了包乱序对合包带来的影响。

图6. 基在Key的合包算法流程

4、DPDK GSO的分片策略

分片流程

如图7所示，将一个数据包分片有3个步调。起首，将包的数据负载分成很多长度更小的部门;其次，为每个数据负载部门添加包头（新构成的数据包称为GSO Segment）;最初，为每一个GSO segment更新包头（如TCP Sequence Number）。

图7. GSO分片流程

GSO Segment的布局

生成一个GSO Segment的最简单方式就是拷贝包头和数据负载部门。但频仍的数据拷贝会下降GSO机能，是以，DPDK GSO采取了一种基在零拷贝的数据布局——Two-part MBUF——来组织GSO Segment。如图8所示，一个Two-part MBUF由一个Direct MBUF和多个Indirect MBUF构成。Direct MBUF用来存储包头，Indirect MBUF则近似在指针，指向数据负载部门。操纵Two-part MBUF，生成一个GSO Segment仅需拷贝长度较短的包头，而不需要拷贝较长的数据负载部门。

图8. Two-part MBUF的布局

GRO库和GSO库的状况

今朝，GRO库还处在一个早期阶段，仅对利用最普遍的TCP/IPv4数据包供给了合包撑持。GSO库则撑持更丰硕的包类型，包罗TCP/IPv4、VxLAN和GRE。