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rte_mempool内存管理
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DPDK以两种方式对外提供内存管理方法，一个是rte_mempool，主要用于网卡数据包的收发；一个是rte_malloc，主要为应用程序提供内存使用接口。本文讨论rte_mempool。rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建，从rte_config.mem_config->free_memseg[]中取出合适大小的内存，放到rte_config.mem_config->memzone[]中。
本文中，以l2fwd为例，说明rte_mempool的创建及使用。
一、rte_mempool的创建
1 l2fwd_pktmbuf_pool =
2 rte_mempool_create("mbuf_pool", NB_MBUF,
3 MBUF_SIZE, 32,
4 sizeof(struct rte_pktmbuf_pool_private),
5 rte_pktmbuf_pool_init, NULL,
6 rte_pktmbuf_init, NULL,
7 rte_socket_id(), 0);
“mbuf_pool”：创建的rte_mempool的名称。
NB_MBUF：rte_mempool包含的rte_mbuf元素的个数。
MBUF_SIZE：每个rte_mbuf元素的大小。
1 #define RTE_PKTMBUF_HEADROOM 128
2 #define MBUF_SIZE (2048 + sizeof(struct rte_mbuf) + RTE_PKTMBUF_HEADROOM)
3 #define NB_MBUF 8192
1 struct rte_pktmbuf_pool_private {
2 uint16_t mbuf_data_room_size; /**< Size of data space in each mbuf.*/
3 };
rte_mempool由函数rte_mempool_create()负责创建。首先创建rte_ring，再创建rte_mempool，并建立两者之间的关联。
1、 rte_ring_create()创建rte_ring无锁队列
1 r = rte_ring_create(rg_name, rte_align32pow2(n+1), socket_id, rg_flags);
具体步骤如下：
a、需要保证创建的队列数可以被2整除，即，count = rte_align32pow2(n + 1);
b、计算需要为count个队列分配的内存空间，即，ring_size = count * sizeof(void *) + sizeof(struct rte_ring);
struct rte_ring的数据结构如下，
1 struct rte_ring {
2 TAILQ_ENTRY(rte_ring) next; /**< Next in list. */
3
4 char name[RTE_RING_NAMESIZE]; /**< Name of the ring. */
5 int flags; /**< Flags supplied at creation. */
6
7 /** Ring producer status. */
8 struct prod {
9 uint32_t watermark; /**< Maximum items before EDQUOT. */
10 uint32_t sp_enqueue; /**< True, if single producer. */
11 uint32_t size; /**< Size of ring. */
12 uint32_t mask; /**< Mask (size-1) of ring. */
13 volatile uint32_t head; /**< Producer head. */
14 volatile uint32_t tail; /**< Producer tail. */
15 } prod __rte_cache_aligned;
16
17 /** Ring consumer status. */
18 struct cons {
19 uint32_t sc_dequeue; /**< True, if single consumer. */
20 uint32_t size; /**< Size of the ring. */
21 uint32_t mask; /**< Mask (size-1) of ring. */
22 volatile uint32_t head; /**< Consumer head. */
23 volatile uint32_t tail; /**< Consumer tail. */
24 #ifdef RTE_RING_SPLIT_PROD_CONS
25 } cons __rte_cache_aligned;
26 #else
27 } cons;
28 #endif
29
30 #ifdef RTE_LIBRTE_RING_DEBUG
31 struct rte_ring_debug_stats stats[RTE_MAX_LCORE];
32 #endif
33
34 void * ring[0] __rte_cache_aligned; /**< Memory space of ring starts here.
35 * not volatile so need to be careful
36 * about compiler re-ordering */
37 };
c、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg（查找规则是free_memseg中剩余内存大于等于需要分配的内存，但是多余的部分是最小的），从该free_memseg中分配指定大小的内存，然后将分配的内存记录在rte_config.mem_config->memzone[]中。
d、初始化新分配的rte_ring。
1 r->flags = flags;
2 r->prod.watermark = count;
3 r->prod.sp_enqueue = !!(flags & RING_F_SP_ENQ);
4 r->cons.sc_dequeue = !!(flags & RING_F_SC_DEQ);
5 r->prod.size = r->cons.size = count;
6 r->prod.mask = r->cons.mask = count-1;
7 r->prod.head = r->cons.head = 0;
8 r->prod.tail = r->cons.tail = 0;
9
10 TAILQ_INSERT_TAIL(ring_list, r, next); // 挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_RING]队列中
2、 创建并初始化rte_mempool
a、计算需要为rte_mempool申请的内存空间。包含：sizeof(struct rte_mempool)、private_data_size，以及n * objsz.total_size。
1 mempool_size = MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) + private_data_size;
2 if (vaddr == NULL)
3 mempool_size += (size_t)objsz.total_size * n;
objsz.total_size = objsz.header_size + objsz.elt_size + objsz.trailer_size; 其中，
objsz.header_size = sizeof(struct rte_mempool *);
objsz.elt_size = MBUF_SIZE；
objsz.trailer_size = ????
b、调用rte_memzone_reserve()，在rte_config.mem_config->free_memseg[]中查找一个合适的free_memseg，在该free_memseg中分配mempool_size大小的内存，然后将新分配的内存记录到rte_config.mem_config->memzone[]中。
c、初始化新创建的rte_mempool，并调用rte_pktmbuf_pool_init()初始化rte_mempool的私有数据结构。
1 /* init the mempool structure */
2 mp = mz->addr;
3 memset(mp, 0, sizeof(*mp));
4 snprintf(mp->name, sizeof(mp->name), "%s", name);
5 mp->phys_addr = mz->phys_addr;
6 mp->ring = r;
7 mp->size = n;
8 mp->flags = flags;
9 mp->elt_size = objsz.elt_size;
10 mp->header_size = objsz.header_size;
11 mp->trailer_size = objsz.trailer_size;
12 mp->cache_size = cache_size;
13 mp->cache_flushthresh = (uint32_t)
14 (cache_size * CACHE_FLUSHTHRESH_MULTIPLIER);
15 mp->private_data_size = private_data_size;
16
17 /* calculate address of the first element for continuous mempool. */
18 obj = (char *)mp + MEMPOOL_HEADER_SIZE(mp, pg_num) +
19 private_data_size;
20
21 /* populate address translation fields. */
22 mp->pg_num = pg_num;
23 mp->pg_shift = pg_shift;
24 mp->pg_mask = RTE_LEN2MASK(mp->pg_shift, typeof(mp->pg_mask));
25
26 /* mempool elements allocated together with mempool */
27 mp->elt_va_start = (uintptr_t)obj;
28 mp->elt_pa[0] = mp->phys_addr +
29 (mp->elt_va_start - (uintptr_t)mp);
30
31 mp->elt_va_end = mp->elt_va_start;
32
33 RTE_EAL_TAILQ_INSERT_TAIL(RTE_TAILQ_MEMPOOL, rte_mempool_list, mp); //挂到rte_config.mem_config->tailq_head[RTE_TAILQ_MEMPOOL]队列中
d、调用mempool_populate()，以及rte_pktmbuf_init()初始化rte_mempool的每个rte_mbuf元素。
3、 总结
相关数据结构的关联关系如下图：
