技术

VPP（1）：什么是VPP，为什么叫VPP

什么是VPP

VPP（Vector Packet Processing）是思科旗下的一款可拓展的开源框架，提供用用的、高质量交换、路由功能的应用框架。是网络协议领域常用的开源框架。

为什么叫VPP

VPP全称Vector Packet Processing（矢量报文处理）。VPP的精髓都包含在名字里了，即这个Vector。矢量报文处理与常规的报文处理有什么差别？

标量报文处理

一个标量报文处理流程的典型过程是：一次仅处理一个报文，一个报文中接口收到后，经过若干个功能模块的依次处理。每个功能模块的处理结果，通常有三类，1）丢弃；2）不作处理投递给下一功能模块；3）改写报文/转发。

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+---> fooA(packet1) +---> fooB(packet1) +---> fooC(packet1)
+---> fooA(packet2) +---> fooB(packet2) +---> fooC(packet2)
...
+---> fooA(packet3) +---> fooB(packet3) +---> fooC(packet3)

标量报文处理存在以下问题：

  1. I-cache抖动：每个报文都要完整地执行完所有功能模块（foo）的处理，程序频繁地替换I-cache（instruction cache）缓存中的数据，导致缓存利用率降低，从而影响计算机性能。
  2. 每个报文处理过程中的调用栈信息随功能模块（foo）而变化，导致调用栈存放的D-cache的存取压力大。

矢量报文处理

矢量报文处理把报文组成一个“报文矢量”（可理解为报文组）。每一个功能模块（foo），都对报文矢量中的报文做一次性处理。

这样的设计：

  1. 减少了I-cache抖动，因为每个instruction重复应用于处理报文组的每个报文，提高了I-cache命中率。
  2. 调用栈信息重复应用于报文组的每个报文，D-cache的存取压力随之降低。
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+---> fooA([packet1, +---> fooB([packet1, +---> fooC([packet1, +--->
            packet2,             packet2,             packet2,
            ...                  ...                  ...
            packet256])          packet256])          packet256])

报文处理图

VPP中的关键设计是Packet Process Graph（报文处理图）。使VPP具有以下特性：

  • 可伸缩，可插件扩展
  • 成熟的图节点架构
  • 可定制的流水线
  • 插件平等

在处理图中，开发人员可以定制插入新的处理节点，这让VPP易于扩展且可以用于定制化地对报文进行特定意途的处理。

报文处理图

VPP平台从接口上接收报文，组合成报文向量，然后把报文向量“喂”给报文处理图，图中的所有节点对报文向量进行逐一处理。

VPP插件都是在运行时加载的共享库。一个插件可以引入新的报文处理图节点或重新组织报文处理图。你可以生成一个完全独立于VPP原生的报文处理图。

参考资料