[OpenDataPlane 译] 8~12

8. 公共约定

许多ODP API与参数和返回值类型共享常见的约定。本节重点介绍一些比较常见和常用的惯例。

8.1. 句柄和特殊指示器

ODP资源通过具有抽象类型 odp_resource_t 的句柄表示。 所以池有类型为 odp_pool_t 的句柄表示,队列由类型 odp_queue_t 表示等等。 每个这样的类型都有一个不同类型的 ODP_RESOURCE_INVALID 用于指示一个句柄没有合法引用资源。 资源通常通过 odp_resource_create() API来创建,该API返回一个代表创建对象的类型为 odp_resource_t 的句柄。 如果资源耗尽,则无法创建,此时返回的句柄为 ODP_RESOURCE_INVALID 。 无效资源并不一定代表错误逻辑。 例如,ODP_EVENT_INVALID响应于从队列中获取事件的 odp_queue_deq() 调用,知识表示队列为空。

8.2. 涉及范围

除非在API中特别注明,否则所有ODP资源都是ODP应用程序的全局资源,无论它是作为一个进程还是多个进程运行。 因此,ODP句柄在ODP应用程序中具有通用意义,但在应用程序范围之外没有任何意义。

8.3. 资源和名称

许多ODP资源对象(如池和队列)在创建时支持与ODP对象关联的应用程序指定的字符串名称。 此名称有两个目的:文档和查找。 查找功能对于允许分为多个进程的ODP应用程序来获取公共资源的句柄特别有用。

9. 应用程序可移植性注意事项

ODP旨在支持创建可轻松在多个平台上运行的可移植数据面应用程序,同时充分利用运行平台的硬件加速功能。 本节讨论应用程序开发人员在使用ODP时应考虑的问题。

首先,应该注意的是,可移植性不是绝对的,也不是一个单值属性。 虽然任何应用程序可以从一个平台移植到另一个平台,但真正的问题是:以什么样的代价? 这个开销可以从两个维度上衡量:移植所需的工作量和移植导致的性能差异。 理想情况下,应用程序应该在平台之间以最小的工作量完成移植,且具有最小的性能影响。 虽然ODP旨在支持这一理想目标,但每个应用程序都必须评估其移植所要达到的目标以及如何使用ODP来实现这一目标。

9.1. 可移植性和共存性

由于ODP提供的是编程框架而不是编程环境,因此它可以与其他框架提供的API一起工作,同时具有最小的干扰。 因此,当我们谈到ODP环境中的可移植性时,我们必须说明应用程序中使用ODP API的那些部分的可移植性。 如果应用程序使用非ODP API,则在评估整个应用程序的可移植性时必须考虑这些其他的API。 对于许多应用程序,将某些非可移植的代码隔离到应用程序的几个区域就足够了,结果是应用程序比没有使用ODP的应用程序更方便移植。 特别是在处理在生产环境中运行的现有应用程序时,可能会以增量的方式引入ODP,结果是随着时间的推移应用程序变得更加具有可移植性。

9.2. 源代码 vs 二进制文件移植

ODP旨在支持源代码和二进制文件的可移植性。 源代码可移植是ODP API规范本身所固有的。 写入ODP API规范的任何应用程序将在任何符合ODP规范的ODP实现之间进行源代码的移植,最多只需要重新编译。 这是因为ODP API不会暴露实现细节或可能因平台而异的内部结构。

对于共享通用指令集架构(ISA)的平台,ODP还可以通过应用二进制接口(ABI)的规范提供二进制可移植性。 这在网络功能虚拟化(NFV)环境中特别有用。在NFV中,可以在一个平台上开发和编译数据平面应用程序以进行分发,然后通过NFV Orchestrator功能部署在许多不同的平台上。

9.3. ODP应用程序配置文件

为了帮助满足这些需求,ODP提供了两个不同的应用程序配置文件,旨在表征不同类型的数据平面应用程序的需求:嵌入式配置文件和云端配置文件。

9.3.1. 嵌入式配置文件

当希望程序针对特定平台,希望在该平台上实现最佳性能,且源代码可移植性足够,那么就可以使用嵌入式配置文件。 如果这样的应用程序需要支持多个平台,那么它们只需要针对该平台的ODP实现进行重新编译。

嵌入式应用程序通常使用从git存储库下载的ODP副本,以便可以根据应用程序的精确需求进行配置。 要指定应用程序的平台,使用嵌入的配置文件:

./configure --enable-abi-compat=no ...

应该用作ODP配置选项的一部分。 这允许应用程序使用内联形式的ODP API来在此平台上提供最佳性能,并可能包括一些其他的优化。 这个结果是得到一个二进制文件,可以在给定的目标平台上实现最高性能,并可以通过重新编译移植到其他平台。

9.3.2. 云端配置文件

相比直线,ODP云端配置文件旨在支持希望与平台无关的应用程序,并在共享此ABI的所有平台上进行二进制兼容。 Linux配置中包含的任何ODP实现将被配置为云配置文件,因此在针对分布式ODP副本(通过sudo apt-get install或等效命令安装的ODP)进行编译时,不需要额外的操作。

当使用从repo中下载的ODP副本时,配置时将使用云配置文件:

./configure --enable-abi-compat=yes ...

请注意,–enable-abi-compat = yes是默认值,因此不需要指定。除非为此选项指定了no,否则结果将是旨在在云配置文件中运行的应用程序。

9.4. ABI特性

ABI由几个约定组成,确保根据一个ODP实现编译的程序可以在另一个具有可能非常不同的ODP实现但不需要重新编译的平台上运行。 这些约定包括:

一组函数调用约定,定义函数如何调用其他函数,传递参数和接收返回的结果。这些通常由操作系统(如Linux)指定,并独立于ODP。
避免使用任何ODP API的内联扩展。这可以确保不同的ODP实现可以维护其不同的内部构件,而这些差异对于应用程序是可见的。
共享此ABI定义的所有ODP实现使用的ODP抽象数据类型的大小和一致性的协议。 这意味着,例如,odp_packet_t句柄的大小在ABI的所有成员中是相同的。 由于这些句柄是不透明的,所以ODP实现之间的结构不一样,因为应用程序从不引用这些可能不同的内部结构。

请注意,ABI定义存在于特定指令集架构(ISA)中,如x86-64或AArch64。 二进制文件不能直接在ISA之间进行连接,需要重新编译。
每个ODP实现将确定其支持的ABI定义(如果有的话)。 当在ABI compabitilty模式下编译ODP实现时,生成的二进制文件与共享此ABI的所有其他ODP实现自动二进制兼容。 例如,对于x86-64 ISA,odp-linux和odp-dpdk实现都是常见的ABI。

10. 共享内存

10.1. 分配共享内存

可以通过调用 odp_shm_reserve() API创建共享内存块。 该API调用需要传入共享内存块名称、块大小、对齐要求和可选标志参数。它返回一个 odp_shm_t 结构体。 块大小和对齐以字节为单位。

注意,提供的名称不一定是唯一的,即,在保留不同的块时,可以使用相同的名称。
创建一个共享内存块代码如下:

#define ALIGNMENT 128
#define BLKNAME "shared_items"

odp_shm_t shm;
uint32_t shm_flags = 0;

typedef struct {
...
} shared_data_t;

shm = odp_shm_reserve(BLKNAME, sizeof(shared_data_t), ALIGNMENT, shm_flags);

10.2. 获取共享内存块地址

上述API调用返回的 odp_shm_t 句柄检索指定创建的共享内存块的地址(在调用者的ODP线程虚拟地址空间中)。

获取贡献内存块的代码如下:

shared_data_t *shared_data;
shared_data = odp_shm_addr(shm);

接口 odp_shm_addr() 返回的地址仅在ODP线程空间中有效。虽然 odp_shm_t 句柄可以在ODP线程之间共享,并且在任何线程中保持有效, 但 odp_shm_addr() 返回的地址可能根据线程空间而不同(对于同一个shm块),因此不应该在ODP线程之间共享。 举个例子,在两个ODP线程之间通过IPC传送shm句柄是正确的,并且让这些线程都执行各自的 odp_shm_addr() 来获取共享内存块的地址。 但是如果直接 odp_shm_addr() 返回的地址从一个ODP线程发送到另一个ODP线程则可能会失败(该地址在接收端的地址空间中可能没意义)。

即使调用 odp_shm_addr() 的线程与原来调用 odp_shm_reserve() 的线程不一致, odp_shm_addr() 返回的地址仍然保证根据在块创建时提供的对齐要求对齐。

所有共享内存块在任何ODP线程寻址空间中都是连续的,address~address+size,其中size是共享内存块的大小,这个空间是可读写的,映射了整个共享内存块。

10.3. 内存行为

默认情况下,ODP线程被假定为缓存一致性系统:对共享内存块执行的任何更改都将保证最终对共享此内存块的其他ODP线程可见。 然而,ODP中并没有共享内存上任何操作相关联的隐式内存屏障,也就是说当ODP线程执行的改变对另一个ODP线程是不可见的, 故使用共享内存块的程序需要执行ODP提供的一些内存屏障来保证ODP线程之间共享数据的一致性。

如果ODP线程具有单独的虚拟空间(ODP线程被实现为进程),则给定的共享内存块映射到不同的ODP线程虚拟地址空间上各个ODP线程各不相同。 但是, ODP_SHM_SINGLE_VA 标志可以在 odp_shm_reserve() 调用时使用,以保证所有ODP线程的地址唯一性,无论其实现或创建的时间如何。

10.4. 根据名称查找

上面讲过,共享内存块指针可以通过IPC机制在ODP线程之间传递,然后执行API来获取当前ODP线的地址。 获取已创建的共享内存块的指针的更简单的方法是通过接口 odp_shm_lookup() 调用来实现。 但是,这需要ODP线程来提高共享内存块的名称,假如没有找到对应名称的内存块,则返回 ODP_SHM_INVALID 。 当使用相同名称保存多个共享内存块时,查找接口将返回任意这些块指针中的一个。

根据名称查找块指针和地址:

#define BLKNAME "shared_items"

odp_shm_t shm;
shared_data_t *shared_data;

shm = odp_shm_lookup(BLKNAME);
if (shm != ODP_SHM_INVALID) {
        shared_data = odp_shm_addr(shm);
        ...
}

10.5. 释放共享内存块

使用 odp_shm_free() API调用执行释放共享内存块。 该接口需要共享内存块指针作为参数。 允许任何ODP线程在共享内存块上执行 odp_shm_free() ,即申请和释放共享内存块的线程可能不同。 共享内存块应该只被释放一次,一旦释放,共享内存块就不应该被任何ODP线程再次引用。

释放共享内存块:

if (odp_shm_free(shm) != 0) {
        ...//handle error
}

10.6. 与外部程序共享内存

ODP提供了与ODP实例外部的实体共享内存的方法:

与外部非ODP线程共享内存块是通过在调用 odp_shm_reserve() 时设置 ODP_SHM_PROC 标志来实现的。 这些非ODP线程如何检索共享内存块依赖于具体的实现和操作系统。

与外部ODP实例(运行于同一个操作系统)共享内存块是通过调用 odp_shm_reserve() 时设置 ODP_SHM_EXPORT 标志来实现的。 在ODP实例A中使用此标志创建的内存块可以通过在ODP实例B上使用 odp_shm_import() 接口映射到远程ODP实例B上(在相同操作系统中)。

ODP实例间共享内存: instance A

odp_shm_t shmA;
shmA = odp_shm_reserve("memoryA", size, 0, ODP_SHM_EXPORT);

ODP实例间共享内存: instance B

odp_shm_t shmB;
odp_instance_t odpA;

/* get ODP A instance handle by some OS method */
odpA = ...

/* get the shared memory exported by A:
shmB = odp_shm_import("memoryA", odpA, "memoryB", 0, 0);

每个ODP实例的范围限制shmA和shmB(您不能在其所属的ODP实例之外使用它们)。 另请注意,两个ODP实例必须在完成后调用odp_shm_free()。

10.7. 共享内存创建标志

odp_shm_reserve() API的最后一个参数是一组ORed标志。当前支持如下几种标志:

10.7.1. ODP_SHM_PROC

当给出此标志时,分配的共享内存将在ODP之外变得可见。 非ODP线程(例如通常的linux进程或linux线程)将能够使用本机(非ODP)OS调用(如shm_open()和mmap(对于linux))来访问内存。 每个ODP实施应提供关于在该特定平台上如何完成此映射的描述。

10.7.2. ODP_SHM_EXPORT

当给出此标志时,分配的共享内存将在同一个操作系统上运行的其他ODP实例变得可见。 想要看到此导出内存的其他ODP实例应使用 odp_shm_import() ODP函数。

10.7.3. ODP_SHM_SW_ONLY

该标志指示ODP共享内存将仅由ODP应用软件使用:没有硬件(如DMA或其他加速器)访问内存。 这个内存不会涉及其他的ODP调用(ODP调用可能隐含地涉及到HW,这取决于ODP的实现),除了 odp_shm_lookup() 和 odp_shm_free() 。 ODP实现可以使用该标志作为性能优化的提示,或者也可以忽略该标志。

10.7.4. ODP_SHM_SINGLE_VA

该标志用于保证共享内存被映射的地址的唯一性:没有该标志,给定的内存块可能会被不同的ODP线程映射到不同的虚拟地址(假设目标具有虚拟地址)。 这意味着 odp_shm_addr() 返回的值在不同的线程中是不同的。 设置此标志保证共享此内存块的所有ODP线程将在在所有ODP线程上调用 odp_shm_addr() 返回相同的值。 注意,ODP实现可能会限制可以分配这个标志的内存数目。

11. 队列

队列是ODP提供的基本事件排序机制,所有的ODP程序都显式或隐式地使用队列。 队列是通过API odp_queue_create() 来创建的,该API返回一个类型为 odp_queue_t 的指针,该指针用于所有使用该队列的API调用。 每个Queue具有两种ODP类型中的一个,POLL和SCHED,用于指示如何使用它们。 POLL队列由ODP应用程序直接管理,而SCHED队列使用ODP调度器提供自动可扩展调度和同步服务。

POLL queues 操作

odp_queue_t poll_q1 = odp_queue_create("poll queue 1", ODP_QUEUE_TYPE_POLL, NULL);
odp_queue_t poll_q2 = odp_queue_create("poll queue 2", ODP_QUEUE_TYPE_POLL, NULL);
...
odp_event_t ev = odp_queue_deq(poll_q1);
...do something
int rc = odp_queue_enq(poll_q2, ev);

关键区别是,在POLL队列中,事件出队操作是应用程序负责的,而SCHED队列中的事件出队则是ODP调度程序完成的。

SCHED queues 操作

odp_queue_param_t qp;
odp_queue_param_init(&qp);
odp_schedule_prio_t prio = ...;
odp_schedule_group_t sched_group = ...;
qp.sched.prio = prio;
qp.sched.sync = ODP_SCHED_SYNC_[NONE|ATOMIC|ORDERED];
qp.sched.group = sched_group;
qp.lock_count = n; /* Only relevant for ordered queues */
odp_queue_t sched_q1 = odp_queue_create("sched queue 1", ODP_QUEUE_TYPE_SCHED, &qp);

...thread init processing

while (1) {
        odp_event_t ev;
        odp_queue_t which_q;
        ev = odp_schedule(&which_q, <wait option>);
        ...process the event
}

当使用sched queue时,发送者选择一个目标队列,将事件发送到队列中。 发送者不知道哪个ODP线程(哪个core)或硬件加速器将处理这个事件,但是队列中的所有事件最终将被调度和处理。

可以看出,可以在SCHED队列创建时指定队列的其他属性,它们控制调度程序如何处理其中包含的事件,这些属性包括组,优先级和同步类。

11.1. 组

调度器的工作是从最高优先级的SCHED queue中返回下一个事件给调用者。SCHED queue必须是调用者有资格接收的队列。 这个是由队列创建时设置的队列调度器组及调用者的调度器组掩码来指定的。 调度器组由 odp_scheduler_group_t 类型的指针表示,并由 odp_scheduler_group_create() 接口创建。 ODP预定义了多个调度器组,包括 ODP_SCHED_GROUP_ALL ODP_SCHED_GROUP_WORKER 及 ODP_SCHED_GROUP_CONTROL 。 应用程序可以自由创建其他调度器组,线程可以使用 odp_scheduler_group_join() 和 odp_scheduler_group_leave() 加入或离开调度器组。

11.2. 优先级

数据结构 odp_queue_param_t 的prio字段指定队列调度的优先级,即如何选择符合条件的调度器组中的队列进行调度。 队列的默认调度优先级是 NORMAL 但可以根据需求设置成 HIGHEST 或 LOWEST 。

11.3. 同步

除了在多核心环境中为ODP应用提供自动可扩展性的调度功能之外,调度程序的另一个主要功能是提供事件同步服务,大大简化并行处理环境中的应用程序编程。 队列的SYNC模式决定调度程序如何处理来自同一队列的多个事件的同步处理。 ODP支持三种类型的队列调度器同步区:并行,原子和有序。

11.4. 并行队列

指定 ODP_SCHED_SYNC_NONE 模式的SCHED队列在处理事件的方式上是不受限制的。

Parallel Queue Scheduling

在并行队列中保存的所有事件都有资格同时进行调度,并且它们之间的所有必需的同步都是应用程序负责的。 源自并行队列的事件也因此具有最高的吞吐率,但是它们也可能涉及大量的应用程序工作。 在上图中,四个线程正在调用 odp_schedule() 来获取要处理的事件。 调度程序已经将来自第一个队列的三个事件并行分配给三个线程。 第四个线程正在处理来自第三个队列的单个事件。 第二个队列可能是空的,优先级较低,或者不是在与调度程序服务的任何线程匹配的调度程序组中。

11.5. 原子队列

原子队列简化事件同步,因为每一次只有一个线程可以处理给定原子队列中的事件。 由于锁定是由调度程序隐式完成的,因此原子队列调度的事件可以被锁定。 请注意,如果使用 odp_schedule_multi() ,调用者可能会从同一个原子队列接收一个或多个事件。 在这种情况下,这些多个事件都共享相同的原子调度上下文。

Atomic Queue Scheduling

在这个例子中,无论在一个原子队列中可能有多少个事件,每次只有一个调用线程可以接收它的调度事件。 这里两个线程处理来自两个不同原子队列的事件。 请注意,不同的原子队列之间不存在来自同一原子队列的事件之间的同步。 与原子队列相关联的队列上下文将持续到下次调用调度程序或直到应用程序通过调用 odp_schedule_release_atomic() 显式释放它。 请注意,虽然原子队列简化了编程,但原子队列的串行性质可能会削弱扩展性。

11.6. 有序队列

有序队列同时提供了并行队列的可扩展性和原子队列的易同步性。

Ordered Queue Scheduling

当从有序队列调度事件时,调度程序从队列中并行分配多个事件到不同的线程, 并且调度程序还可以确保输出队列上的这些事件的相对顺序与其起始有序队列的序列相同。

与原子队列一样,与有序队列相关联的排序保证是指源自同一队列的事件,而不是源自不同队列的事件。 因此,在该图中,三个线程分别来自第一有序队列的处理事件5,3和4。 不管这些线程如何完成处理,这些事件将以它们的输出队列的原始相对顺序显示。

11.6.1. 有序保证

无论事件是否被发送到不同的输出队列,相对顺序都将被保留。 例如,如果某些事件被发送到输出队列A,而其他事件被发送到输出队列B,则这些输出队列上的事件将仍然与它们的发起队列具有相同的相对顺序。 类似地,如果处理消耗事件,使得对于它们中的一些(例如,作为IP片段重新组合处理的一部分)不发出输出,其他事件仍然将相对于这些序列间隙被正确地排序。 最后,如果针对给定的顺序排入多个事件(例如,作为MTU注意事项的分组分割处理的一部分),则这些事件中的每一个将占据目标输出队列中的发起者的序列。 在这种情况下,这些事件的相对顺序将按照线程 odp_queue_enq() 调用它们的顺序。

与有序队列调度事件相关联的有序上下文将持续到下一个调度程序调用,或者直到调用 odp_schedule_release_ordered() 的显式释放。 该调用可以用作性能咨询,线程不再需要为当前上下文订购保证。 因此,当前调度程序上下文中的任何后续排队将被视为线程在并行队列上下文中运行。

11.6.2. 顺序锁定

调度器处理有序队列的另一个强大功能是顺序锁。 与每个有序队列相关联的多个顺序锁是在队列创建时由lock_count参数指定的。 顺序锁提供了有效的方式来在顺序上下文中执行顺序处理。 例如,相关顺序5,6和7的假定事件由三个不同的线程并行执行。 顺序锁将使这些线程能够同步,以便它们可以在其起始队列顺序中执行一些关键部分。 每个有序队列支持的顺序锁的数量取决于具体实现(可通过 odp_config_max_ordered_locks_per_queue() API查询)。 如果实现支持多个有序锁,则这些锁可用于保护给定有序上下文中的不同有序临界区。

11.6.3. 小结:有序队列

要了解这些注意事项如何组合在一起,请考虑以下代码: Processing with Ordered Queues

void worker_thread()
        odp_init_local();
        ...other initialization processing

        while (1) {
                ev = odp_schedule(&which_q, ODP_SCHED_WAIT);
                ...process events in parallel
                odp_schedule_order_lock(0);
                ...critical section processed in order
                odp_schedule_order_unlock(0);
                ...continue processing in parallel
                odp_queue_enq(dest_q, ev);
        }
}

这段代码表示了在有序队列上运行的典型工作线程的简化结构。 并行处理多个事件,并使用有序队列确保它们以与发起的顺序相同的顺序放置在dest_q上。 在并行处理的同时,使用有序锁可以使关键部分在整个并行流程中按顺序进行处理。 当一个线程到达 odp_schedule_order_lock() 调用时,它等待直到所有先前事件的锁定的锁定顺序已经解决,然后进入临界区。 odp_schedule_order_unlock() 调用释放关键部分,并允许下一个订单输入。

11.7. 队列调度小结

有序和并行队列由于并行事件处理而提高了原子队列的吞吐量,但要求应用程序采取措施确保上下文数据同步(如果需要)。

12. 报文处理

ODP应用程序旨在处理数据包。 为了帮助处理数据包,使得应用程序能够操作数据包数据及其元数据。 数据包通过各自实现的抽象数据类型 odp_packet_t 来引用。

当报文到达源 odp_pktio_t 并且被应用程序直接或间接(通过调度队列)接收时,报文对象被创建。 当他们通过相关联的的传输队列传输到 odp_pktio_t 时,他们可能被隐式释放,或者通过调用 odp_packet_free() 来释放。

有时,应用程序可能直接发起一个数据包,或者通过从现有数据包导出新的数据包,ODP提供了对应的API以实现这些处理。 应用程序创建的数据包可以通过回环口重新送回并进行分类,或者应用程序可以根据需要进行自己的解析。

与数据包相关联的各种属性(如解析结果)存储在元数据中,ODP提供了对应的API以允许应用程序操作并修改这些信息。

12.1. 数据包结构和概念

报文是由符合诸如以太网架构格式的八位字节序组成,可以通过 ODP PKTIO抽象接口进行接收和发送。 数据包长度是指数据包的字节数。 ODP中数据包的数据是通过偏移来引用的,因为他们反映了数据包的逻辑内容和结构,而与特定的ODP实现和如何存储数据无关。

这些概念如下图所示:

ODP Packet Structure

报文数据包括0个或多个报头,0个或多个字节的payload,再接0个或多个报尾。 这里显示的是允许应用程序检查和检索数据包的各个部分并操作其结构的各种API。

为了支持数据包操作,预定义了headroom和tailroom与数据包相关联。 可以通过操作这些区域来调整数据包。 典型的数据包处理包括通过数据包接收时调用 odp_pull_head() 从数据包中剥离报头,数据包发送时调用 odp_push_head() 插入新的报头。 注意,因为headroom和tailroom表示保留的区域,因此这些区域在通过相关的push操作成为报文的一部分之前,不能被ODP应用程序寻址或直接使用。 类似的,通过pull操作删除的字节就不能被访问了。

12.2. 报文段和寻址

ODP平台使用一系列方法和技术来有效存储和处理数据包。 这些技术各个平台各不相同,因此为了保证可移植性,ODP提供一些数据包引用的约定。

ODP API通过抽象数据结构 odp_packet_t 来引用数据包对象。 描述数据包的系统元数据的各种位与数据包相关联。 通过参考元数据,ODP应用程序通过最小化检查报文数据的需求来加速报文处理。 这是因为,通过解析和分类功能来填充元数据,该功能与通过ODP调度程序呈现给应用程序之前发生的入口处理相耦合。

当ODP应用程序需要检查数据报内容时,它通过API调用来获取数据包的访问地址,该API调用可用于应用程序的一致性访问。 为了确保可移植性,ODP应用程序假定底层实现将数据包存储在预定于的实现及大小可管理的段中。 这表示应用程序可以通过正常的存储器访问来引用数据包的连续可寻址部分。 ODP提供API,允许应用程序按照需要以有效和便携的方式对数据包进行操作。 通过将这些与数据包提供的元数据结合,ODP应用程序可以完全独立于平台的方式运行,同时在支持ODP的各种平台上实现最佳性能。

报文段寻址及元数据的关系如下图所示:

ODP Packet Segmentation

报文元数据在解析阶段设置,标识报文中各种报头的起始偏移量。 报文本身被存储为由ODP实现管理的区域的一系列段。 段0是数据包的第一个段,并且通常是数据包的headroom和报头所在的位置。 根据报文长度的不同,附加段可以是报文的一部分,并且包含报文剩余的有效载荷和尾部。 应用程序不需要关注段,除非当前应用程序需要对报文进行寻址。 因此,例如,如果应用程序进行类似 odp_packet_l4_ptr() 的调用来获取数据包4层头的地址时,从该调用返回的长度就是从4层头部开始的可连续寻址的长度。 这是因为以下字节占用了不同的段,并且可能存储在不同地方。 为了获得对这些字节的访问,应用程序只需要寻址到该偏移量,并且能够寻址占用下一个段的数据包字节等。 请注意,任何数据包可寻址性调用的返回长度始终是剩余数据包长度或其包含段的大小中较小的。 因此,上图中的段2的映射将返回仅扩展到分组结尾的长度,因为剩余的字节是为数据包保留的尾部的一部分,并且应用程序不可用,直到可用通过适当的API调用。

不仅PUSH/PULL API允许应用程序对当前段结构中的数据包执行高效操作,ODP还提供了允许段添加/删除的API。 odp_packet_extend_head() 及 odp_packet_trunc_head() API允许在数据包开始处插入或删除段,而 odp_packet_extend_tail() 及 odp_packet_trunc_tail() 允许在数据包尾部添加删除段。 通过向数据包添加一个或多个段来扩展数据包,可以允许实现自定义长度的数据包。 截断数据包会删除一个或多个数据段,以缩小数据包的大小。

12.3. 元数据处理

如上所述,作为报文接收阶段分类处理的一部分,报文元数据通常是由解析器设置。 需要注意的是,作为处理数据包的一部分,应用程序可能会更改此元数据,以反映报文内容和结构的变化。 虽然更改元数据可能会影响一些ODP API,更改元数据旨在记录应用程序对数据包的更改,但本身不会导致进行这些更改。 例如,如果应用程序通过使用 odp_packet_l3_offset_set() API来更改L3偏移量,那么后续对 odp_packet_l3_ptr() 的调用将返回一个从该更改的偏移开始的地址。 更改属性,如 odp_packet_has_udp_set() 这种操作本身不会将非UDP数据包变成有效的UDP数据包。 预估应用程序更改数据包时应该谨慎,以确保生成的元数据更改正确反映应用程序对数据包的修订。

12.4. 报文操作

ODP报文操作API主要分成两类:不改变数据包段结构的以及可能会改变数据包段结构的。 上面已经举过这样的例子。 PUSH/PULL API允许对数据包headroom/tailroom进行处理,这不会导致数据包原有分段的改变。 而EXTEND/TRUNC API提供相同的功能,但是潜在的,可能会将添加段到数据包,或者从数据包删除段。

具有执行功能类似的两类API的原因是在大多数操作实现中,不改变报文段结构的操作将比那些改变段结构的操作更加高效。 为了解决这个问题,可能涉及数据包段更改的API总是将 odp_packet_t 作为返回值。 应用程序应该使用这个新返回的指针。

为了使以这种方式操作数据包的应用程序能够最有效地运行,这些API的返回值遵循标准约定。 通常,小于零的返回值表示错误,输入数据包将不会有变化。 返回值为零表示成功,但也表示任何缓存的数据包的可寻址性仍然有效。 大于零的返回值也表示成功,但潜在地改变了数据包可寻址性。 例如,如果应用程序先前通过 odp_packet_l3_ptr() API获得了数据包的第3层头的可寻址性,则返回值为0将意味着应用程序可能会继续使用该指针来访问L3头, 而返回值大于零意味着应用程序应该重新发出该调用以重新获得可寻址性,因为报文段可能已经改变,因此旧指针可能不再有效。

12.4.1. 报文拷贝

数据包最简单的操作是制作数据包的全部或部分副本。 odp_packet_copy() 和 odp_packet_copy_part() API用于返回包含现有数据包的整体或选定部分的新数据包。 请注意,这些操作还指定新数据包申请的报文池。

12.4.2. 报文数据拷贝及移动

ODP提供了几个API,使得数据包的部分可以复制到存储区域、另一个数据包或单个数据包中,如下所示:

ODP Packet Data Copying and Moving Operations

当源或目的地址是ODP数据包时,这些API提供边界检查。 这意味着,数据必须在 0..odp_packet_len()-1 的偏移范围内。 对于涉及内存区域的操作,调用方负责确保 odp_packet_copy_to/from_mem() 引用的内存区域有效。

在单个数据包中处理数据时,提供了两个类似的API:odp_packet_copy_data() 和 odp_packet_move_data() 。 其中,移动操作更为通用,并且即使在源和目的数据区域重叠时也可以使用移动操作。 仅当调用者知道这两个区域不重叠时,才能使用复制操作,且此时复制更高效。 当处理重叠的存储区域时,odp_packet_move_data() 操作就好像是源区域首先被复制到不重叠的单独存储区域,然后再从该区域复制到目标区域。

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