Inbox/DMA与内核旁路策略.md at a012083cbbe05299df691d3f86c4e288d1f946e2

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2025-12-11 07:24:36 +08:00

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概要: 本节旨在确立数据从网络硬件到用户态页锁定内存 (MemoryPool) 的传输策略。核心目标是最小化 CPU 参与和消除内核层面的内存拷贝。基于当前 Feiteng/Kylin 平台的稳定性与现有设计兼容性考量，我们确立优化标准 I/O为基线方案，并以 AF_XDP 作为 P0 级性能提升的风险备选方案。
约束前提
1. 物理约束: 采集链路为 1GbE (物理上限)。
2. 协议基线: UDP/IP + JUMBO Frame (MTU 9000 字节) (已确认)。
3. 软件架构: 模块已采用多级流水线并发和页锁定内存池。

设计哲学: 平台兼容性优先，在确保系统稳健性的前提下，通过软件优化达到高性能目标。该方案与模块已设计的 UdpReceiver I/O 线程和 epoll 事件循环完全兼容。
实现策略:
1. 内核 I/O 机制: UdpReceiver 组件运行在专用的 I/O 线程中，利用 Linux 内核提供的 recvmmsg() 系统调用进行数据接收。
2. 核心性能优化 (批量接收): recvmmsg() 的优势在于一次系统调用可以处理多达 256 个数据包，极大减少了用户态与内核态之间的切换开销，这是降低 I/O 线程 CPU 占用率 (KPI 目标之一) 的关键手段。
3. 吞吐量放大: 结合已确立的 JUMBO Frame (MTU 9000) 基线，每一次 recvmmsg() 调用都将传输大量的有效净载荷，使得系统调用的价值被最大化，有效压榨 1GbE 链路的极限吞吐量。
4. 数据流: 网卡 DMA \to 内核 Ring Buffer \to 用户态 MemoryPool (内存拷贝)。虽然仍存在内核到用户空间的拷贝，但通过批量接收和巨型帧的组合，将拷贝效率提升至最高水平。

设计目标: 达成真正的内核旁路零拷贝，将数据从网卡 DMA 区域直接映射到用户态，完全消除 I/O 线程中的内存拷贝开销，以达成更严格的 CPU 资源占用率 KPI。
实现策略与风险:
1. 技术路径: 通过 eBPF 程序将网络流量重定向到 AF_XDP Socket，绕过内核协议栈。
2. 兼容性风险 (P1): 当前系统运行在 Kylin Linux 4.19 内核上。此内核版本对 XDP/eBPF 技术的支持成熟度和功能完整性低于主流 5.x 内核。同时，网卡驱动（Wangxun WX1860AL4）对 XDP 接口的适配状况未知。
3. 启用时机: 仅当 基线方案 A (优化标准 I/O) 无法满足 I/O 线程 < 5% (单核) 的 CPU 资源占用率 KPI 时，才启动对 AF_XDP 在当前平台上的兼容性验证和移植工作。

舍弃理由: DPDK 采用轮询模式（Poll Mode），与模块设计的 epoll 异步事件驱动模型相悖。且 DPDK 需要将网卡完全从内核中接管，在 Kylin/aarch64 平台上的部署、驱动绑定和调试成本过高，与项目的稳健性原则不符。