参考资料
前言
dpdk 分三个小组件：
- core: cpu核心
- queue：网口有多个队列
- port：网口
队列：
- 发送队列 RX
- 接收队列 TX
初始化内存
struct rte_mempool *
rte_pktmbuf_pool_create(const char *name, // 1. 内存池名称
unsigned n, // 2. 池内 mbuf 总数
unsigned cache_size, // 3. 每个核的缓存大小
uint16_t priv_size, // 4. mbuf 私有数据大小
uint16_t data_room_size,// 5. mbuf 数据区大小
int socket_id // 6. NUMA 节点 ID
);
- 本质：创建一个 “缓冲区对象池”，池内存储的是预初始化的
rte_mbuf结构体（含元数据区 + 数据区）。 - 核心价值：
rte_mbuf从池内分配（rte_pktmbuf_alloc）、使用后归还（rte_pktmbuf_free），实现缓冲区复用，是 DPDK 高性能数据包处理的基础。 - 关联逻辑：之前代码中，端口初始化（
port_init_rx_only）时会将该内存池绑定到接收队列，网卡接收数据包时直接从池内获取rte_mbuf存储数据。
端口初始化
1. 定义端口基本配置
首先初始化端口配置结构体 struct rte_eth_conf，主要设置接收模式（rxmode）的关键参数：
struct rte_eth_conf port_conf = {
.rxmode = {
// 设置MTU（最大传输单元）：以太网帧最大长度 - 以太网头 - CRC
.mtu = RTE_ETHER_MAX_LEN - RTE_ETHER_HDR_LEN - RTE_ETHER_CRC_LEN,
},
};
- MTU 设置：确保端口能接收标准以太网帧（默认不超过 1500 字节，此处按 DPDK 宏计算标准值）。
2. 端口有效性检查
- 检查端口是否有效：通过
rte_eth_dev_is_valid_port(port)验证当前port是否为 DPDK 识别的有效端口（无效则返回错误）。
3. 获取网卡设备信息
调用 rte_eth_dev_info_get(port, &dev_info) 获取网卡硬件特性（如支持的最大队列数、描述符数量等），用于后续配置适配硬件能力。
4. 配置端口工作模式
调用 rte_eth_dev_configure(port, 1, 0, &port_conf) 配置端口核心参数：
- 第二个参数
1：设置接收队列数量为 1（仅需一个接收队列用于抓包）。 - 第三个参数
0：设置发送队列数量为 0（仅接收模式，无需发送功能）。 - 第四个参数
&port_conf：传入前面定义的端口配置（如 MTU）。
5. 调整接收描述符数量
调用 rte_eth_dev_adjust_nb_rx_tx_desc(port, &nb_rxd, NULL) 调整接收队列的描述符数量：
- 描述符是硬件用于管理数据包接收的 “指针”，数量需在网卡支持的范围内。
- 此步骤确保
nb_rxd（初始为RX_RING_SIZE 接收队列描述符数量）不超过网卡最大支持值，避免配置失败。
6. 初始化接收队列
调用 rte_eth_rx_queue_setup 为端口绑定接收队列，并关联内存池：
rte_eth_rx_queue_setup(port, 0, nb_rxd,
rte_eth_dev_socket_id(port), // 队列分配在网卡所在NUMA节点（提升性能）
NULL, mbuf_pool); // 关联全局内存池（接收的数据包用池中的mbuf存储）
- 队列编号为
0（仅需一个接收队列）。 - 关联
mbuf_pool：确保接收的数据包能从内存池申请缓冲区（避免内存泄漏，提升分配效率）。
rte_eth_rx_queue_setup
rte_eth_rx_queue_setup 作用是为指定端口的指定接收队列分配资源、绑定内存池，并配置队列参数，使网卡能将接收到的数据包正确存入内存。
rte_eth_rx_queue_setup(
port, // 端口号（要配置的网卡端口）
0, // 队列ID（本代码仅用0号接收队列）
nb_rxd, // 接收队列的描述符数量（已调整后的有效值）
rte_eth_dev_socket_id(port), // 队列所在的NUMA节点（提升性能）
NULL, // 队列的高级配置（如中断模式，默认NULL为轮询模式）
mbuf_pool // 关联的内存池（接收的数据包用该池中的mbuf存储）
);
rte_eth_dev_socket_id
rte_eth_dev_socket_id(port) 是一个 DPDK 辅助函数，用于获取指定网卡端口所在的 NUMA 节点 ID。
- 它的返回值是一个整数（如 0、1），代表网卡物理上连接的 NUMA 节点；
- 作用是将软件资源（如接收队列、内存池）与网卡的 NUMA 节点绑定，减少跨节点内存访问的延迟（见下文 “NUMA 节点” 解释）。
NUMA
# NUMA
NUMA（Non-Uniform Memory Access，非统一内存访问）是现代多 CPU 服务器的硬件架构设计：
- 系统被划分为多个 “NUMA 节点”，每个节点包含一组 CPU 核心和本地内存（节点内的 CPU 访问本地内存速度极快）；
- 跨节点访问内存（如节点 0 的 CPU 访问节点 1 的内存）会经过额外的总线，延迟显著增加（可能是本地访问的 2-3 倍）。
DPDK 的核心目标是 “高性能”，因此强烈建议将网卡、内存池、线程、队列等资源绑定到同一个 NUMA 节点，避免跨节点访问。例如：
- 若网卡在 NUMA 节点 0，则内存池应分配在节点 0 的内存中，处理数据包的线程也应绑定到节点 0 的 CPU 核心。
7. 启动端口
调用 rte_eth_dev_start(port) 启动端口硬件，使其进入工作状态（开始监听网络并接收数据包）。
8. 获取并显示 MAC 地址
通过 rte_eth_macaddr_get(port, &addr) 获取端口 MAC 地址，并格式化输出（方便用户确认端口身份）。
9. 启用混杂模式
调用 rte_eth_promiscuous_enable(port) 开启端口混杂模式：
- 默认情况下，网卡仅接收目的 MAC 匹配自身的数据包；混杂模式下，网卡会接收所有经过的数据包（无论目的 MAC 是否匹配），适合抓包场景。
补充：
混杂模式（Promiscuous Mode）
默认情况下，网卡会 “过滤” 数据包：只接收目的 MAC 地址与自身 MAC 匹配的数据包（单播）、广播包（目的 MAC 为FF:FF:FF:FF:FF:FF）或已加入的组播包。
混杂模式会关闭这种过滤，使网卡接收所有经过它的数据包（无论目的 MAC 是否匹配）。这是抓包工具（如 tcpdump、本代码）的核心需求 —— 需要捕获网络中的所有流量。
其他常见模式
- 单播模式（Unicast Mode） ：默认模式，只接收目的 MAC 为自身的数据包。
- 广播模式（Broadcast Mode） ：接收目的 MAC 为广播地址（
FF:FF:FF:FF:FF:FF）的数据包（默认开启，无法关闭）。 - 组播模式（Multicast Mode） ：只接收指定组播 MAC 地址的数据包（需通过
rte_eth_dev_mac_addr_add加入组播组）。 - 多播过滤模式：可配置网卡只接收特定组播地址的数据包（减少无关流量）。
抓包 处理
1 RTE_ETH_FOREACH_DEV(port)
遍历所有可用端口
2 批量接收数据包 rte_eth_rx_burst
- 声明
struct rte_mbuf *bufs[BURST_SIZE]：数组用于存储 “批量接收的数据包缓冲区”（BURST_SIZE=32，一次最多接收 32 个包）。 - 调用
rte_eth_rx_burst(port, 0, bufs, BURST_SIZE)：批量从指定端口的 0 号接收队列获取数据包。- 返回值
nb_rx：实际接收的数据包数量（0≤nb_rx≤BURST_SIZE）。
- 返回值
struct rte_mbuf
1. 核心定位
- 所有网络数据包在 DPDK 中均以
rte_mbuf形式流转（接收、解析、转发、发送）。 - 内存池化管理：
rte_mbuf从rte_mempool中分配，使用后通过rte_pktmbuf_free归还，避免频繁内存分配 / 释放的开销。 - 支持数据包分片（通过
next指针串联分片）、头部扩展（预留headroom）、数据追加（预留tailroom）。
2. 关键设计理念
- 元数据与数据分离：
rte_mbuf分为两部分 —— 元数据区（存储数据包属性）和数据区（存储实际数据包内容）。 - 无锁操作：元数据中的字段（如
pkt_len）通过原子操作或单线程访问保证线程安全，无需锁开销。 - 对齐优化：数据区起始地址按硬件要求对齐（如 64B），提升 CPU 缓存命中率和网卡 DMA 传输效率。
struct rte_mbuf {
// 1. 元数据区：描述数据包属性
struct rte_mempool *pool; // 所属内存池（释放时归还到此池）
uint16_t data_off; // 数据区起始地址相对于 mbuf 起始地址的偏移量（关键！）
uint32_t pkt_len; // 数据包总长度（所有头部 + 有效数据，用于统计）
uint32_t buf_len; // 数据区总容量（含 headroom + 数据 + tailroom）
struct rte_mbuf *next; // 分片链表指针（多分片数据包时串联下一个分片）
// 2. 预留字段：硬件卸载、QoS 等功能使用（此处省略）
// ...
// 3. 数据区：存储实际数据包（通过 data_off 偏移定位）
// 注：数据区不直接显式定义在结构体中，而是通过内存池分配时预留的空间，通过偏移访问
};
----------------------- struct rte_mbuf ---------------------------+
| 元数据区（pool、data_off、pkt_len、next 等） | 预留 headroom（头部扩展空间） |
+-----------------------------------------------------------------------+
| 数据区（实际数据包内容） |
| （以太网头 → IPv4头 → TCP头 → 有效数据） | 预留 tailroom（数据追加空间） |
+-----------------------------------------------------------------------+
- headroom（头部预留空间） ：默认 128B，用于在解析过程中添加额外头部（如 VLAN 标签），避免移动数据。
- tailroom（尾部预留空间） ：默认 64B，用于追加数据（如加密后的 payload），无需重新分配缓冲区。
- data_off 作用：指向数据区中 “实际数据包的起始位置”（即以太网头的起始地址），初始值等于 headroom 大小（如 128）。
rte_eth_rx_burst
rte_eth_rx_burst(
port, // 目标端口号（当前遍历到的端口）
0, // 接收队列ID（对应port_init_rx_only中配置的0号接收队列）
bufs, // 存储接收数据包的mbuf数组（输出参数）
BURST_SIZE // 最大接收数量（一次最多抓32个包）
);
3. 解析数据包
+--------------------- rte_mbuf 数据区 ---------------------+
| 0x00: 以太网头（struct rte_ether_hdr） → 14B |
| - dst_mac: 6B（目的MAC地址） |
| - src_mac: 6B（源MAC地址） |
| - ether_type: 2B（上层协议类型，如 0x0800=IPv4） |
+----------------------------------------------------------+
| 0x0E: IPv4头（struct rte_ipv4_hdr） → 20B（无选项） |
| - version/IHL: 1B（版本+头部长度） |
| - tos: 1B（服务类型） |
| - total_len: 2B（IPv4包总长度） |
| - ...（其他字段省略） |
| - src_addr: 4B（源IP地址，大端序） |
| - dst_addr: 4B（目的IP地址，大端序） |
| - next_proto_id: 1B（上层协议，如 0x06=TCP） |
+----------------------------------------------------------+
| 0x22: TCP头（struct rte_tcp_hdr） → 20B（无选项） |
| - src_port: 2B（源端口） |
| - dst_port: 2B（目的端口） |
| - seq: 4B（序列号） |
| - ...（其他字段省略） |
+----------------------------------------------------------+
| 0x36: 有效数据（payload） → 可变长度（如 HTTP 报文） |
+----------------------------------------------------------+
| 尾部预留 tailroom（未使用） |
+----------------------------------------------------------+
- 地址说明：
0x00是rte_mbuf数据区的起始地址（即data_off指向的位置），后续头部按固定长度偏移。 - 解析逻辑：先从
0x00解析以太网头，根据ether_type确定上层协议，再偏移 14B 解析 IPv4 头，以此类推。
3.1. 从 mbuf 中获取以太网头部
- 核心操作：调用
rte_pktmbuf_mtod(pkt, struct rte_ether_hdr *)，从数据包缓冲区（rte_mbuf）中提取以太网头部的起始地址。- 原理：
rte_pktmbuf_mtod是 DPDK 核心宏，意为 “memory to data”，直接返回 mbuf 中数据包的物理起始地址，跳过 mbuf 自身的元数据部分。 - 目的：以太网头是数据包的最外层头部，必须先解析才能判断上层协议类型（如是否为 IPv4）。
- 原理：
#define rte_pktmbuf_mtod(m, t) rte_pktmbuf_mtod_offset(m, t, 0)
传入 struct rte_ether_hdr * 的含义:
pkt对应的rte_mbuf数据区起始地址（data_off指向的位置），存储的是一个struct rte_ether_hdr类型的以太网头。直接把头部size 类型转换成 传入类型。
struct rte_ether_hdr {
struct rte_ether_addr dst_addr; // 目的MAC地址（6B）
struct rte_ether_addr src_addr; // 源MAC地址（6B）
uint16_t ether_type; // 上层协议类型（2B）
} __rte_packed; // 强制按1B对齐，避免编译器填充多余字节（关键！）
3.2. 解析以太网层信息
- 3.2.1 提取并转换以太网类型（
ether_type）：- 调用
rte_be_to_cpu_16(eth_hdr->ether_type)，将网络字节序（大端）的ether_type转换为主机字节序（小端）。 - 原因：网络传输中数据默认使用大端字节序，而主机（如 x86 架构）是小端，不转换会导致数值读取错误（如 IPv4 的 0x0800 会读成 0x0008）。
- 输出：打印
ether_type（如 0x0800=IPv4、0x0806=ARP、0x86DD=IPv6）。
- 调用
- 3.2.2 提取并格式化源 MAC 地址：
- 声明
char buf[RTE_ETHER_ADDR_FMT_SIZE]，用于存储格式化后的 MAC 地址字符串（DPDK 预定义宏，确保缓冲区足够）。 - 调用
rte_ether_format_addr(buf, RTE_ETHER_ADDR_FMT_SIZE, &(eth_hdr->src_addr))，将二进制的源 MAC 地址（struct rte_ether_addr）格式化为 “xx:xx:xx:xx:xx:xx” 的字符串。 - 输出：打印源 MAC 地址（如 “00:11:22:33:44:55”）。
- 声明
3. 判定是否为 IPv4 协议，解析 IPv4 层信息
- 条件判断：若
ether_type == RTE_ETHER_TYPE_IPV4（即以太网类型为 IPv4），则继续解析上层 IPv4 头部。 - 3.1 获取 IPv4 头部：
- 调用
rte_pktmbuf_mtod_offset(pkt, struct rte_ipv4_hdr *, sizeof(struct rte_ether_hdr))，从以太网头部后偏移指定长度（以太网头大小）的位置，提取 IPv4 头部地址。 - 原理：
rte_pktmbuf_mtod_offset是带偏移量的 “内存到数据” 宏，适合多层头部解析（跳过外层头部，直接定位内层头部）。
- 调用
rte_pktmbuf_mtod_offset，多了一个
offset参数，用于叠加 “跳过外层头部的字节数”。
- 3.2 提取并转换源 IP、目的 IP 地址：
- 调用
rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->src_addr)和rte_be_to_cpu_32(ipv4_hdr->dst_addr)，将 32 位大端序的 IP 地址转换为主机字节序。 - 格式化输出：通过位运算（
>>24、&0xFF）将 32 位整数拆分为 4 个字节，以 “点分十进制” 格式打印（如 “192.168.1.1 → 10.0.0.1”）。
- 调用
- 3.3 提取上层协议类型（
protocol）：- 读取
ipv4_hdr->next_proto_id字段，该字段标识 IPv4 上层的传输层协议。 - 协议类型（如 0x06=TCP、0x17=UDP、0x01=ICMP）。
- 读取
4. 解析 TCP
- 【端口号】：端口号，用于多路复用或者分解来自（送到）上层的数据；
- 【序列号】：在连接建立时由计算机计算出的初始值，通过 SYN 包传给对端主机，每发送一次新的数据包，就累加一次该序列号的大小。用来解决网络包乱序问题；
- 【确认应答号】：指下次期望收到的数据的序列号，发送端收到这个确认应答以后可以确认
确认应答号-1的数据包已经被正常接收。主要用来解决不丢包的问； - 【标志字段】：
- 【ACK】：用以指示确认字段中的值是有效的，即该报文段包括一个对已被成功接收的报文段的确认；
- 【RST】：用以指示连接的强制拆除，当接收到错误连接时会发送RST位置为1的报文；
- 【SYN】：用以指示连接的建立，该位为1的报文表示希望建立连接；
- 【FIN】：用以指示连接的终止，该位为1的报文表示希望断开连接；
