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DPDK内存管理-----（一）初始化
1 前言
DPDK通过使用hugetlbfs，减少CPU TLB表的Miss次数，提高性能。
2 初始化
DPDK的内存初始化工作，主要是将hugetlbfs的配置的大内存页，根据其映射的物理地址是否连续、属于哪个Socket等，有效的组织起来，为后续管理提供便利。
2.1 eal_hugepage_info_init()
eal_hugepage_info_init()主要是获取配置好的Hugetlbfs的相关信息，并将其保存在struct internal_config数据结构中。
主要工作如下：
１、读取/sys/kernel/mm/hugepages目录下的各个子目录，通过判断目录名称中包含"hugepages-"字符串，获取hugetlbfs的相关子目录，并获取hugetlbfs配置的内存页大小。例如：
[root@YMOS_DEFAULT ~]# ls -ltr /sys/kernel/mm/hugepages/
total 0
drwxr-xr-x 2 root root 0 2014-11-04 15:54 hugepages-2048kB
2、通过读取/proc/mounts信息，找到hugetlbfs的挂载点。例如：
root@Ubuntu:~# cat /proc/mounts
rootfs / rootfs rw 0 0
sysfs /sys sysfs rw,nosuid,nodev,noexec,relatime 0 0
proc /proc proc rw,nosuid,nodev,noexec,relatime 0 0
udev /dev devtmpfs rw,relatime,size=1016836k,nr_inodes=254209,mode=755 0 0
devpts /dev/pts devpts rw,nosuid,noexec,relatime,gid=5,mode=620,ptmxmode=000 0 0
tmpfs /run tmpfs rw,nosuid,noexec,relatime,size=205128k,mode=755 0 0
/dev/disk/by-uuid/fd1dbca3-ac30-4bac-b93a-0d89b0fd152c / ext4 rw,relatime,errors=remount-ro,user_xattr,barrier=1,data=http://www.mamicode.com/ordered 0 0
none /sys/fs/fuse/connections fusectl rw,relatime 0 0
none /sys/kernel/debug debugfs rw,relatime 0 0
none /sys/kernel/security securityfs rw,relatime 0 0
none /run/lock tmpfs rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,size=5120k 0 0
none /run/shm tmpfs rw,nosuid,nodev,relatime 0 0
none /media/sf_F_DRIVE vboxsf rw,nodev,relatime 0 0
gvfs-fuse-daemon /home/chuanxinji/.gvfs fuse.gvfs-fuse-daemon rw,nosuid,nodev,relatime,user_id=1000,group_id=1000 0 0
/dev/sr0 /media/VBOXADDITIONS_4.3.10_93012 iso9660 ro,nosuid,nodev,relatime,uid=1000,gid=1000,iocharset=utf8,mode=0400,dmode=0500 0 0
none /mnt/huge hugetlbfs rw,relatime 0 0
root@Ubuntu:~#
3、通过读取/sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages，获取配置的hugepages个数。
root@Ubuntu:~# cat /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages
64
root@Ubuntu:~#
4、以打开文件的方式，打开挂载点目录，为其FD设置互斥锁，Why??
上述所有获取的信息，都保存在internal_config.hugepage_info[MAX_HUGEPAGES_SIZE]中，hugepage_info数据结构如下:
1 struct hugepage_info {2 size_t hugepage_sz; /**< size of a huge page */3 const char *hugedir; /**< dir where hugetlbfs is mounted */4 uint32_t num_pages[RTE_MAX_NUMA_NODES];5 /**< number of hugepages of that size on each socket */6 int lock_descriptor; /**< file descriptor for hugepage dir */7 };
具体赋值如下，
hpi->hugepage_sz = 2M;
hpi->hugedir = /mnt/huge;
hpi->num_pages[0] = 64; // 由于此时还不知道哪些内存页分处在哪个socket上，故，都先放在socket-0上。
hpi->lock_descriptor = open(hpi->hugedir, O_RONLY);
5、将internal_config.hugepage_info[MAX_HUGEPAGES_SIZE]按内存页的大小排序。
2.2 rte_eal_config_create()
rte_eal_config_create()主要是初始化rte_config.mem_config。如果是以root用户运行dpdk程序的话，rte_config.mem_config指向/var/run/.rte_config文件mmap的一段sizeof(struct rte_mem_config)大小的内存。
rte_config.mem_config = /var/run/.rte_config文件mmap的首地址；
1 struct rte_config {2 uint32_t master_lcore; /**< Id of the master lcore */3 4 ... ...5 6 struct rte_mem_config *mem_config;7 } __attribute__((__packed__));
struct rte_mem_config数据结构如下：
1 struct rte_mem_config { 2 volatile uint32_t magic; /**< Magic number - Sanity check. */ 3 4 /* memory topology */ 5 uint32_t nchannel; /**< Number of channels (0 if unknown). */ 6 uint32_t nrank; /**< Number of ranks (0 if unknown). */ 7 8 /** 9 * current lock nest order10 * - qlock->mlock (ring/hash/lpm)11 * - mplock->qlock->mlock (mempool)12 * Notice:13 * *ALWAYS* obtain qlock first if having to obtain both qlock and mlock14 */15 rte_rwlock_t mlock; /**< only used by memzone LIB for thread-safe. */16 rte_rwlock_t qlock; /**< used for tailq operation for thread safe. */17 rte_rwlock_t mplock; /**< only used by mempool LIB for thread-safe. */18 19 uint32_t memzone_idx; /**< Index of memzone */20 21 /* memory segments and zones */22 struct rte_memseg memseg[RTE_MAX_MEMSEG]; /**< Physmem descriptors. */23 struct rte_memzone memzone[RTE_MAX_MEMZONE]; /**< Memzone descriptors. */24 25 /* Runtime Physmem descriptors. */26 struct rte_memseg free_memseg[RTE_MAX_MEMSEG];27 28 struct rte_tailq_head tailq_head[RTE_MAX_TAILQ]; /**< Tailqs for objects */29 30 /* Heaps of Malloc per socket */31 struct malloc_heap malloc_heaps[RTE_MAX_NUMA_NODES];32 } __attribute__((__packed__));
2.3 rte_eal_hugepage_init()
rte_eal_hugepage_init()主要是在/mnt/huge目录下创建hugetlbfs配置的内存页数（在本文中就是64）的rtemap_xx文件，并为每个rtemap_xx文件做mmap映射，保证mmap后的虚拟地址与实际的物理地址是一样的。
具体如下：
1、创建nr_hugepages个struct hugepage_file数组，即有多少个内存页，创建多少个struct hugepage_file数据结构。struct hugepage_file数据结构如下：
1 struct hugepage_file { 2 void *orig_va; /**< virtual addr of first mmap() */ 3 void *final_va; /**< virtual addr of 2nd mmap() */ 4 uint64_t physaddr; /**< physical addr */ 5 size_t size; /**< the page size */ 6 int socket_id; /**< NUMA socket ID */ 7 int file_id; /**< the ‘%d‘ in HUGEFILE_FMT */ 8 int memseg_id; /**< the memory segment to which page belongs */ 9 #ifdef RTE_EAL_SINGLE_FILE_SEGMENTS10 int repeated; /**< number of times the page size is repeated */11 #endif12 char filepath[MAX_HUGEPAGE_PATH]; /**< path to backing file on filesystem */13 };
2、有多少个内存页，在挂载点目录下创建多少个rtemap_xx文件，如下所示，并为每一个文件mmap一个hugepage_sz大小的内存区域。其中，
hugepage_file->orig_va = 记录每个rtemap_xx文件mmap的首地址；
hugepage_file->file_id = 创建的rtemap_xx的顺序，就是xx的值；
hugepage_file->filepath = /mnt/huge/rtemap_xx；
hugepage_file->size = hugepage_sz，也就是2M；
root@Ubuntu:~# ls -tlr /mnt/huge/
total 131072
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_2
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_1
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_0
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_8
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_7
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_6
... ...
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_60
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_59
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_58
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_63
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_62
-rwxr-xr-x 1 root root 2097152 Nov 5 14:53 rtemap_61
root@Ubuntu:~#
3、通过读取/proc/self/pagemap页表文件，得到本进程中虚拟地址与物理地址的映射关系。使用上一步中，每个rtemap_xx文件mmap得到的虚拟地址，除以操作系统内存页的大小4k，得到一个偏移量。根据这个偏移量，在/prox/self/pagemap中，得到物理地址的页框，假设为page，那么，物理页框page乘以操作系统内存页的大小4K，再加上虚拟地址的页偏移，就是物理地址。每个rtemap_xx映射的物理地址保存在对应的hugepage_file->physaddr中。
1 physaddr = ((page & 0x7fffffffffffffULL) * page_size) + ((unsigned long)virtaddr % page_size);
4、读取/proc/self/numa_maps，得到每个rtemap_xx文件mmap得到的虚拟地址在哪个Socket上，即，哪个CPU上。其socketid保存在对应的hugepage_file->socket_id中。
root@Ubuntu:~# cat /proc/self/numa_maps
00400000 default file=/bin/cat mapped=7 mapmax=2 N0=7
0060a000 default file=/bin/cat anon=1 dirty=1 N0=1
0060b000 default file=/bin/cat anon=1 dirty=1 N0=1
025c1000 default heap anon=3 dirty=3 active=0 N0=3
7fdf0222c000 default file=/usr/lib/locale/locale-archive mapped=10 mapmax=61 N0=10
7fdf0290f000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.15.so mapped=82 mapmax=128 N0=82
7fdf02ac4000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.15.so
7fdf02cc3000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.15.so anon=4 dirty=4 N0=4
7fdf02cc7000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.15.so anon=2 dirty=2 N0=2
7fdf02cc9000 default anon=3 dirty=3 active=1 N0=3
7fdf02cce000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.15.so mapped=27 mapmax=122 N0=27
7fdf02ed7000 default anon=3 dirty=3 N0=3
7fdf02eee000 default anon=2 dirty=2 N0=2
7fdf02ef0000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.15.so anon=1 dirty=1 N0=1
7fdf02ef1000 default file=/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.15.so anon=2 dirty=2 N0=2
7fff09be1000 default stack anon=3 dirty=3 N0=3
7fff09cc2000 default
root@Ubuntu:~#
5、在hugepage_file数组中，根据物理地址，按从小到大的顺序，将hugepage_file排序。
6、根据按物理地址排序后的结果，判断物理地址是否连续，重新mmap /mnt/huge/retmap_xx文件，使得物理地址等于第二次mmap后的虚拟地址。第二次mmap得到的虚拟地址保存在对应的hugepage_file->final_va中。
7、munmap释放第一步中各个rtemap_xx文件首次mmap得到的内存地址。
8、计算每个socket上包含多少个hugepage，信息保存在internal_config.hugepage_info[0].num_pages[socket]中。
9、calc_num_pages_per_socket()，目的是什么？？？
10、为/var/run/.rte_hugepage_info文件mmap一段nr_hugepages * sizeof(struct hugepage_file)大小的内存块，并将第一步中创建的hugepage_file数组中的所有内容，都copy到这一块内存中。
11、rte_config.mem_config->memseg[]数组记录创建的hugepage_file的物理地址是连续的，hugepage_file->memseg_id为该huepage_file的物理地址在哪个rte_config.mem_config->memseg[]数组中。
2.4 rte_eal_memzone_init()
rte_eal_memzone_init()主要负责初始化rte_config.mem_config->free_memseg[]及rte_config.mem_config->memzone[]。其中,rte_config.mem_config->free_memseg[]记录空闲的rte_config.mem_config->memseg[]。
DPDK内存管理-----（一）初始化