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rte_mempool内存管理
DPDK以两种方式对外提供内存管理方法，一个是rte_mempool，主要用于网卡数据包的收发；一个是rte_malloc，主要为应用程序提供内存使用接口。本文讨论rte_mempool。rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建，从rte_config.mem_config->free_memseg[]中取出合适大小的内存，放到rte_config.mem_config->memzone[]中。
本文中，以l2fwd为例，说明rte_mempool的创建及使用。
一、rte_mempool的创建
1 l2fwd_pktmbuf_pool =2 rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF,3 MBUF_SIZE, 32,4 sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),5 rte_pktmbuf_pool_init, NULL,6 rte_pktmbuf_init, NULL,7 rte_socket_id(), 0);“mbuf_pool”：创建的rte_mempool的名称。
NB_MBUF：rte_mempool包含的rte_mbuf元素的个数。
MBUF_SIZE：每个rte_mbuf元素的大小。
1 #define RTE_PKTMBUF_HEADROOM 1282 #define MBUF_SIZE (2048 + sizeof(struct rte_mbuf) + RTE_PKTMBUF_HEADROOM)3 #define NB_MBUF 8192
1 struct rte_pktmbuf_pool_private {2 uint16_t mbuf_data_room_size; /**< Size of data space in each mbuf.*/3 };rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建。首先创建rte_ring，再创建rte_mempool，并建立两者之间的关联。
1、rte_ring_create()创建rte_ring无锁队列
1 r = rte_ring_create(rg_name, rte_align32pow2(n+1), socket_id, rg_flags);
具体步骤如下：
a、需要保证创建的队列数可以被2整除，即，count = rte_align32pow2(n + 1);
b、计算需要为count个队列分配的内存空间，即，ring_size = count * sizeof(void *) + sizeof(struct rte_ring);
struct rte_ring的数据结构如下，
1 struct rte_ring { 2 TAILQ_ENTRY(rte_ring) next; /**< Next in list. */ 3 4 char name[RTE_RING_NAMESIZE]; /**< Name of the ring. */ 5 int flags; /**< Flags supplied at creation. */ 6 7 /** Ring producer status. */ 8 struct prod { 9 uint32_t watermark; /**< Maximum items before EDQUOT. */10 uint32_t sp_enqueue; /**< True, if single producer. */11 uint32_t size; /**< Size of ring. */12 uint32_t mask; /**< Mask (size-1) of ring. */13 volatile uint32_t head; /**< Producer head. */14 volatile uint32_t tail; /**< Producer tail. */15 } prod __rte_cache_aligned;16 17 /** Ring consumer status. */18 struct cons {19 uint32_t sc_dequeue; /**< True, if single consumer. */20 uint32_t size; /**< Size of the ring. */21 uint32_t mask; /**< Mask (size-1) of ring. */22 volatile uint32_t head; /**< Consumer head. */23 volatile uint32_t tail; /**< Consumer tail. */24 #ifdef RTE_RING_SPLIT_PROD_CONS25 } cons __rte_cache_aligned;26 #else27 } cons;28 #endif29 30 #ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG31 struct rte_ring_debug_stats stats[RTE_MAX_LCORE];32 #endif33 34 void * ring[0] __rte_cache_aligned; /**< Memory space of ring starts here.35 * not volatile so need to be careful36 * about compiler re-ordering */37 };c、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg（查找规则是free_memseg中剩余内存大于等于需要分配的内存，但是多余的部分是最小的），从该free_memseg中分配指定大小的内存，然后将分配的内存记录在rte_config.mem_config->memzone[]中。
d、初始化新分配的rte_ring。
1 r->flags = flags; 2 r->prod.watermark = count; 3 r->prod.sp_enqueue = !!(flags & RING_F_SP_ENQ); 4 r->cons.sc_dequeue = !!(flags & RING_F_SC_DEQ); 5 r->prod.size = r->cons.size = count; 6 r->prod.mask = r->cons.mask = count-1; 7 r->prod.head = r->cons.head = 0; 8 r->prod.tail = r->cons.tail = 0; 9 10 TAILQ_INSERT_TAIL(ring_list, r, next); // 挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_RING]队列中
2、创建并初始化rte_mempool
a、计算需要为rte_mempool申请的内存空间。包含：sizeof(struct rte_mempool)、private_data_size，以及n * objsz.total_size。
1 mempool_size = MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) + private_data_size;2 if (vaddr == NULL)3 mempool_size += (size_t)objsz.total_size * n;
objsz.total_size = objsz.header_size + objsz.elt_size + objsz.trailer_size; 其中，
objsz.header_size = sizeof(struct rte_mempool *);
objsz.elt_size = MBUF_SIZE；
objsz.trailer_size = ????
b、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg，在该free_memseg中分配mempool_size大小的内存，然后将新分配的内存记录到rte_config.mem_config->memzone[]中。
c、初始化新创建的rte_mempool，并调用rte_pktmbuf_pool_init()初始化rte_mempool的私有数据结构。
1 /* init the mempool structure */ 2 mp = mz->addr; 3 memset(mp, 0, sizeof(*mp)); 4 snprintf(mp->name, sizeof(mp->name), "%s", name); 5 mp->phys_addr = mz->phys_addr; 6 mp->ring = r; 7 mp->size = n; 8 mp->flags = flags; 9 mp->elt_size = objsz.elt_size;10 mp->header_size = objsz.header_size;11 mp->trailer_size = objsz.trailer_size;12 mp->cache_size = cache_size;13 mp->cache_flushthresh = (uint32_t)14 (cache_size * CACHE_FLUSHTHRESH_MULTIPLIER);15 mp->private_data_size = private_data_size;16 17 /* calculate address of the first element for continuous mempool. */18 obj = (char *)mp + MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) +19 private_data_size;20 21 /* populate address translation fields. */22 mp->pg_num = pg_num;23 mp->pg_shift = pg_shift;24 mp->pg_mask = RTE_LEN2MASK(mp->pg_shift, typeof(mp->pg_mask));25 26 /* mempool elements allocated together with mempool */27 mp->elt_va_start = (uintptr_t)obj;28 mp->elt_pa[0] = mp->phys_addr +29 (mp->elt_va_start - (uintptr_t)mp);30 31 mp->elt_va_end = mp->elt_va_start;32 33 RTE_EAL_TAILQ_INSERT_TAIL(RTE_TAILQ_MEMPOOL, rte_mempool_list, mp); //挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_MEMPOOL]队列中
d、调用mempool_populate()，以及rte_pktmbuf_init()初始化rte_mempool的每个rte_mbuf元素。
3、总结
相关数据结构的关联关系如下图：
rte_mempool内存管理