智能网卡原生分叉：实现内核和DPDK的优势结合

随着服务器网络带宽快速增长，Linux内核网络协议栈逐渐成为性能瓶颈。在需要高性能报文处理的场景，用户态DPDK得到越来越多的应用。DPDK通过bypass内核、大页等机制，实现了高性能、低时延的网络IO能力。

尽管 Linux 内核网络协议栈的处理性能低于 DPDK，但其支持的网络协议类型更为丰富，且配套的调试、监控工具链成熟完善，在兼容性与可运维性上具备显著优势。为充分结合两者的核心价值，智能网卡通常会提供流量分叉机制：目前多数网卡厂商的方案基于SR-IOV技术的分叉，即PF通过ethtool配置Flow Director将流量分流到VF。

这种方式存在如下问题：

1. 需要配置的管理SR-IOV，使用较为复杂

2. 在不使能OVS流卸载情况下，SR-IOV与bonding互斥，需要牺牲bonding带来的高可用性。

原生：指的是内核空间和用户态空间（DPDK），共用同一个PCI设备（PF）。通过PF的共存技术，支持PF在内核驱动与DPDK驱动共享。

原生分叉的常见使用方法：DPDK配置为isolated mode，流量默认到内核。通过配置rte flow将选出的流量引到DPDK。ARP、路由等表项仍然通过内核维护。

1. 简化运维管理：不需要开启SR-IOV。且对外报文的源MAC地址是固定的MAC，不像VF通常为随机MAC，需用户在额外分配MAC地址

2. 高可用：支持bonding。不需要因为SR-IOV而关闭bonding。

3. 工具丰富：可以继续使用内核ethtool/ifconfig等工具，以及成熟稳定的协议栈

4. 降成本：支持流量默认在内核，只过滤部分流量到DPDK，可以节省一个管理网卡

为了更好地支持原生分叉，星云智联网卡中进行了专门技术设计：

• 数据通道：具备较多硬件队列、并且支持一个PCIe设备多协议栈的队列调度

• 硬件DMA引擎：支持多协议栈地址隔离

• eswitch引擎：支持客户的精细化引流

已经有较多优秀的项目，在使用原生分叉技术：

• 用户态协议栈：如字节跳动基于原生分叉开发libtpa

• 高性能存储Fabric应用：星云智联与客户联合开发，实现替代传统的内核协议栈