CN116346959A - 一种dpu场景弹性网卡高效实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DPU场景弹性网卡高效实现方法、装置及电子设备，涉及云计算技术领域。该DPU场景弹性网卡高效实现方法，当DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；当DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。本方案无需在DPU的SOC侧创建代表口，而是通过在软硬件交互报文里面添加自定义的报文头来指示弹性网卡以及其队列的信息的方式，让DPU的SOC和DPU的硬件来实现vport信息的传递的，解决了现有技术中资源消耗巨大、报文收发性能低下的问题，不仅能节省智能网卡的软硬件资源，还能提高报文收发的效率。

Description

一种DPU场景弹性网卡高效实现方法及装置

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，尤其涉及一种DPU场景弹性网卡高效实现方法、装置及电子设备。

背景技术

在普通标准网卡场景下，租户VM的virtio弹性网卡，后面简称vport，是基于vhost-user来实现的，Virtio的后端就在host上，OVS也运行在host上。因此，OVS能直接感知到租户的vport设备，直接从这些设备来收发报文即可。在DPU场景下，VM的virtio弹性网卡的后端是在DPU上实现的，vport的virtio后端终结在DPU的硬件上面，而OVS运行在DPU智能网的DPU的SOC上。这种情况下，OVS是感知不到VM的vport设备。而OVS要实现网络转发，必须要感知到这些vport设备。传统的解决方案是在DPU的SOC上创建代表口即representport，DPU的SOC的代表口和硬件上的PVF口一一映射。DPU的硬件负责报文在PVF口和代表口之间收发映射。DPU的SOC上的软件通过操作代表口来间接操作PVF口，从而达到逻辑上操作vport的目的。

传统的在DPU的SOC上创建代表口的模式，存在明显缺陷：创建并关联代表口和vport口，需要消耗DPU大量的资源。特别是在虚机和容器场景下，一台宿主机上往往需要创建海量(几K级别)的vport，其资源消耗非常巨大。因此这种模式下，宿主机支持的vport数量往往受限。同时DPU的SOC上的软件，特别是DPDK收发包，需要轮询大量的代表口，导致报文收发性能低下。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在DPU的SOC上创建代表口会消耗大量资源，从而限制vport数量，导致报文收发效率低。

发明内容

本申请实施例通过提供一种DPU场景弹性网卡高效实现方法、装置及电子设备，解决了现有技术中资源消耗巨大、报文收发性能低下的问题，实现了降低智能网卡成本，提高了报文收发的效率。

本申请实施例提供了一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，包括以下步骤：

S1、DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；

S2、DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

进一步地，所述S1中DPU的硬件上送报文到DPU的SOC具体包括以下步骤：

S11、DPU的硬件收到VM发送的报文后，根据报文来源生成vport、vqueue信息，将所述vport、vqueue信息作为报文头插入到报文中；

S12、判断报文需要上送到DPU的SOC，将所述S11添加报文头的报文通过固定的PF端口送给DPU的SOC。

进一步地，所述S1中DPU的SOC解析并剥掉报文头具体为：DPU的SOC上的dpdk程序初始化、轮询PF端口，收取DPU的硬件发送的报文，剥离报文头，解析并存储vport、vqueue信息。

进一步地，所述S2中DPU的SOC发送报文给DPU的硬件具体为：DPU的SOC上的dpdk程序生成自定义头信息并插入到报文中，所述自定义头信息为vport和vqueue的信息，通过固定PF端口发送给DPU的硬件。

进一步地，所述S2中DPU的硬件解析并转发报文具体为：DPU的硬件收到DPU的SOC发送的报文后，剥掉自定义头，解析vport、vqueue信息，将报文发送给VM的vport口的vqueue。

进一步地，在所述S1之前还包括：创建vport，DPU的硬件与dpdk约定好vport编号，统一对齐编号物理意义。

进一步地，所述S1中OVS：包括TMI和PKT，所述TMI为Tianyi Meta Info、包含portid及queue。

本发明还提供了一种DPU场景弹性网卡高效实现装置，包括第一收发包模块、第二收发包模块，其中：

第一收发包模块，用于DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；

第二收发包模块，用于DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

本发明还提供了一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、通过在软硬件交互报文中添加自定义报文头的方式，实现了DPU的SOC和DPU的硬件的vport信息传递，不需要创建并关联代表口和vport口，节省了网卡软硬件资源，降低了网卡成本，提高了vport的可支持数，便于智能网卡支持更多的vport。

2、DPU的SOC上的dpdk收发包程序通过轮询一个固定的PF端口，只需要轮询一个device，不需要同时轮询成百上千的device，高效的完成了vport信息的传递，解决了报文收发问题，增强了报文收发性能，提高了报文收发效率。

附图说明

图1为本发明提供的DPU场景弹性网卡高效实现方法流程图；

图2为本发明提供的标准网卡vhost-user架构图；

图3为本发明提供的DPU场景virtio网卡以及组件架构图；

图4为本发明提供的DPU场景virtio网卡代表口结构图；

图5为本发明提供的DPU场景virtio网卡OVS字段及含义结构图；

图6为本发明提供的VM发包DPU的SOC收包的流程图；

图7为本发明提供的DPU的SOC发包VM收包的流程图；

图8为本发明提供的电子设备框架图。

具体实施方式

本发明提出了一种DPU场景弹性网卡高效实现方法、装置及电子设备，本方案无需在DPU的SOC侧创建代表口，而是通过在软硬件交互报文里面添加自定义的报文头来指示弹性网卡以及其队列的信息的方式，让DPU的SOC和DPU的硬件来实现vport信息的传递的，此种方案不仅能节省智能网卡的软硬件资源，便于智能网卡支持更多的vport，还能提高报文收发的效率。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，包括以下步骤：

S1、DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；

S2、DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

在本实施例中，如图2所示，在标准网卡场景下，VM上的virtio弹性网卡通过vhost-user实现，virtio后端在host上，OVS运行在host上，OVS能直接感知到vport设备，OVS直接从vport设备收发报文；

如图3所示，在DPU场景下，VM上的virtio弹性网卡在DPU上实现，virtio后端在DPU上，OVS运行在DPU上的DPU的SOC，OVS感知不到vport设备，为了实现网络转发需要感知到这些vport设备，如图4所示，传统解决该问题的方案为在DPU的SOC上创建代表口即representport，代表口与硬件上的PVF口映射，DPU的硬件将报文在PVF口和代表口之间收发映射，DPU的SOC通过操作代表口间接操作PVF口，从而操作vport；

传统在DPU的SOC上创建代表口模式存在消耗大量资源、影响报文收发效率的问题：创建并关联代表口和vport口，需要消耗DPU大量资源，由于需要创建海量的vport，资源消耗巨大，在代表口模式下，宿主机支持的vport数量会受限制，DPU的SOC上的软件，需要轮询大量的代表口，导致报文收发性能低下；

本发明方案不在DPU的SOC上创建代表口，采用其他方式感知vport存在，通过在软硬件交互报文里添加自定义报文的方式，实现传递DPU的SOC和DPU的硬件的vport信息，可以节省软硬件资源，便于网卡支持更多的vport，提高报文收发效率；

如图1所示，当VM发报文时，DPU的硬件收到报文并知道报文来自哪个vport和哪个vqueue，DPU的硬件将这些信息插入到报文头中，上送到DPU的SOC，DPU的SOC上的dpdk程序从一个固定的PF上收包，收到报文后，解析上述硬件添加的自定义头，得到vport和vqueue信息并剥掉自定义头，交给OVS处理；当VM收报文时，DPU的SOC把报文转发到某个vport和vqueue前，给报文添加一个自定义头，携带vport和vqueue信息，通过固定的PF端口发给硬件，由硬件解析这些信息，将报文转给对应的vport的queue。

S1中DPU的硬件上送报文到DPU的SOC具体包括以下步骤：

S11、DPU的硬件收到VM发送的报文后，根据报文来源生成vport、vqueue信息，将所述vport、vqueue信息作为报文头插入到报文中；

S12、判断报文需要上送到DPU的SOC，将所述S11添加报文头的报文通过固定的PF端口送给DPU的SOC。

S1中DPU的SOC解析并剥掉报文头具体为：DPU的SOC上的dpdk程序初始化、轮询PF端口，收取DPU的硬件发送的报文，剥离报文头，解析并存储vport、vqueue信息。

在S1之前还包括：创建vport，DPU的硬件与dpdk约定好vport编号，统一对齐编号物理意义。

S1中OVS：包括TMI和PKT，所述TMI为Tianyi Meta Info、包含portid及queue。

在本实施例中，如图6所示，创建vport，软硬件约定好vport编号，两边编号物理意义需要统一对齐；当VM发包DPU的SOC收包时，DPU的硬件从host收到报文后，根据报文来源生成vport、vqueue信息，并作为报文头插入到报文中，如果DPU的硬件判断报文需要上送到DPU的SOC，把已经添加好报文头的报文通过固定的PF端口送给DPU的SOC；DPU的SOC上的dpdk程序初始化并且轮询DPU的SOC上报文上送的PF口，收取上送的报文并且剥离报文头，解析并存储vport、vqueue信息，将报文和vport、vqueue信息交给OVS处理；如图5所示，OVS上的dpdk程序包括TMI和PKT，TMI包含portid、queue，当VM发包DPU的SOC收包时portid为报文来源port，当DPU的SOC发包VM收包时portid为报文目的的port，queue为报文来自该port的queue。

S2中DPU的SOC发送报文给DPU的硬件具体为：DPU的SOC上的dpdk程序生成自定义头信息并插入到报文中，所述自定义头信息为vport和vqueue的信息，通过固定PF端口发送给DPU的硬件。

S2中DPU的硬件解析并转发报文具体为：DPU的硬件收到DPU的SOC发送的报文后，剥掉自定义头，解析vport、vqueue信息，将报文发送给VM的vport口的vqueue。

在本实施例中，如图7所示，当DPU的SOC发包VM收包时，DPU的SOC需要将报文转给某个vport对应的vqueue，dpdk程序生成对应的自定义头信息并插入到原始报文，将报文由固定PF发给硬件；DPU的硬件收到报文后，剥掉自定义头，解析vport和vqueue信息，并且把报文发送到host对应的VM的vport口的vqueue。传统创建代表口的方式，需要虚拟出实际的网口，对硬件资源消耗较多，使用代表口模式，对vport支持数量往往较少，在512以下，如果要满足虚拟机或容器场景下4K～16K大规模的vport需求，就需要采用本发明的技术方案。

一种DPU场景弹性网卡高效实现装置，包括第一收发包模块、第二收发包模块，其中：

第一收发包模块，用于DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；

第二收发包模块，用于DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

在本实施例中，采用DPU的硬件和DPU的SOC的DPU智能网卡，DPU的硬件和DPU的SOC之间通过自定义的head来传递host的vport和queue信息，在报文中添加自定义头来指示弹性网卡及其队列信息，让DPU的SOC和DPU的硬件实现vport信息的传递，当VM发报文时，DPU的硬件将vport和queue信息插入到报文中，传给DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，传给OVS处理；当VM收报文时，DPU的SOC给报文添加自定义头，将vport和queue信息传给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文信息，从而实现vport信息传递。

一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

在本实施例中，如图8所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。

处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。

存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的DPU场景弹性网卡高效实现方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的DPU场景弹性网卡高效实现方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的DPU场景弹性网卡高效实现方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1、DPU的SOC不用创建代表口，通过其他方式感知vport存在，解决了消耗大量DPU资源、vport可支持数量受限的问题，节省智能网卡的软硬件资源，大大降低智能网卡成本，提高了性能。

2、DPU的SOC上dpdk收发包程序只需要轮询一个device，避免同时轮询成百上千的device，解决了报文收发效率低、资源占用高的问题，大大提高报文收发的性能，提高了DPU的SOC与DPU的硬件的vport信息传递的效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，转交给OVS；

S2、DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

2.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，所述S1中DPU的硬件上送报文到DPU的SOC具体包括以下步骤：

S11、DPU的硬件收到VM发送的报文后，根据报文来源生成vport、vqueue信息，将所述vport、vqueue信息作为报文头插入到报文中；

S12、判断报文需要上送到DPU的SOC，将所述S11添加报文头的报文通过固定的PF端口送给DPU的SOC。

3.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，所述S1中DPU的SOC解析并剥掉报文头具体为：DPU的SOC上的dpdk程序初始化、轮询固定的PF端口，收取DPU的硬件发送的报文，剥离报文头，解析并存储vport、vqueue信息。

4.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，所述S2中DPU的SOC发送报文给DPU的硬件具体为：DPU的SOC上的dpdk程序生成自定义头信息并插入到报文中，所述自定义头信息为vport和vqueue的信息，通过固定PF端口发送给DPU的硬件。

5.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，所述S2中DPU的硬件解析并转发报文具体为：DPU的硬件收到DPU的SOC发送的报文后，剥掉自定义头，解析vport、vqueue信息，将报文发送给VM的vport口的vqueue。

6.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，在所述S1之前还包括：创建vport，DPU的硬件与dpdk约定好vport编号，统一对齐编号物理意义。

7.如权利要求1所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法，其特征在于，所述S1中OVS：包括TMI和PKT，所述TMI为Tianyi Meta Info、包含portid及queue。

8.一种DPU场景弹性网卡高效实现装置，包括第一收发包模块、第二收发包模块，其中：

第一收发包模块，用于DPU的硬件收到VM发送的报文，添加报文头，上送报文到DPU的SOC，DPU的SOC解析并剥掉报文头，交给OVS；

第二收发包模块，用于DPU的SOC收到要转发的报文，添加自定义头，发送报文给DPU的硬件，DPU的硬件解析并转发报文。

9.一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的一种DPU场景弹性网卡高效实现方法。

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