By Robison, Clayne B (Intel)

^簡介

無論是應用、容器還是微服務，Intel® Ethernet Flow Director (Intel® Ethernet FD)  技術都可將以太報文精準送達使用它的進程所在的CPU核，。這比RSS（Receive Side Scaling）更進一步，RSS只是將包送到相應的核做中斷處理，然后轉發給需要它的進程。

Intel Ethernet Flow Director技術支持定制化的過濾器，以便將收到的包分發給不同的隊列，并且也支持非常精準的流控。它能將包流與CPU核心對應起來，并且支持多個彈性的流分類以及負載均衡的參數。在ATR （Application Targeting Routing）的模式下，如果需要利用硬件來做Linux的RFS (Receive Flow Steering) 的Offloading，FD是必須的，同時RPS (Receive Packet Steering) 和RFS需要被關閉。

它可以對物理機的Linux做非常好的優化，尤其是包很小并且吞吐量很大的時候。因為包處理已經offloading到了網卡硬件，同時Intel FD技術也可以用來防止DoS攻擊。

 

^{支持的設備}

Intel 以太網FD技術支持在使用ixgbe驅動的設備，包括：

       •  英特爾® 以太網聚合網絡適配器X520

       •  英特爾® 以太網聚合網絡適配器X540

       •  英特爾® 以太網控制器82599家族

也支持使用i40e驅動程序的設備上

       •  英特爾® 以太網控制器X710家族

       •  英特爾® 以太網控制器XL710家族

 

同時，Data Plane Development Kit (DPDK) 對上述設備也有支持，關于如何使用 DPDK 啟用FD請參見 DPDK文檔 。

要判斷你的設備是否支持FD技術，使用ethtool命令來檢查：

# ethtool --show-features <interface name> | grep ntuple

 

如果ntuple-filters功能旁顯示了off或者on，就表示你的網卡支持FD技術。如果ntuple-filters旁邊顯示的 [fixed]，表示你的網卡設備不支持FD。

 

^{啟用Intel® Ethernet Flow Director}

ixgbe支持的驅動程序參數

在ixgbe驅動支持的設備上，有兩個FD相關的參數可以在加載階段被傳遞到Linux Kernel

•  FdirPballoc

•  AtrSampleRate

> FdirPballoc

這個參數規定了分配給FD的包緩存大小，可以選擇1-3, “1”表示緩存使用64k，“2”表示128k，“3”表示256k。如果參數沒有被顯式指定，默認就是1，即64k。

> AtrSampleRate

AtrSampleRate參數指定了規則被創建之前需要忽略多少個網絡包，可變范圍是0~255。如果沒有顯式指定該參數，默認值為20，意味著如果要創建一條新的報文流規則，每次第20個新的包會被做一次判斷。如果該參數指定為0，表示關閉ATR模式，并且發送隊列里面也不會拿任何包作為包流規則的樣本。

注：上述兩個驅動參數在i40e的驅動上不需要被用到，驅動自己會做調整。

要啟用這些參數，首先移除驅動。（注意，如果你是通過SSH連接服務器，這可能會讓你斷網）

# rmmod ixgbe

然后重新加載ixgbe驅動并且給相應的參數：

# modprobe ixgbe FdirPballoc=3,2,2,3 

AtrSampleRate=31,63,127,255

可以看到上面的命令中每個參數有四個值。這是因為我的測試系統中有兩張卡，82599與X540，每張卡有兩個網口。這會按照PCI設備的BDF (Bus/Device/Function) 排序來應用到不同的網口。用下面的命令可以看到系統的BDF順序。

# lshw -c network -businfo

 

基于這樣的系統配置，用上面的modprobe命令會給X540-AT2 (3:00.0) 分配FdirPballoc和AtrSampleRate的值分別是3和31，相應的，82599 (81:00.1) 的一個端口能拿到3和255的參數

一旦確定你的Intel品牌的服務器網卡支持FD技術，并且你已經給驅動相應的參數，執行下面的命令去啟用FD：

# ethtool --features enp4s0f0 ntuple on

 

因為這個命令只指示了哪個Rx隊列應該被送到，理論上接下來應該將Rx隊列和進程、應用或者容器去做綁定。這已經超出了本文檔的討論范圍，但這個可以用taskset命令來完成。綁定IRQ與CPU可以用set_irq_affinity腳本(已經包含在i40e和ixgbe的驅動中)來做，在這里可以找到最新版本的驅動 Intel Support: Drivers and Software 。

IRQ Affinity設置可以在這個tuning guide文檔的IRQ Affinity的段落找到 。

 

^{使用Intel Ethernet Flow Director技術}

FD技術有兩種運行模式：外部編程（EP）模式與ATR模式。只要我們通過上面的步驟啟用了FD，默認就啟動了ATR模式，讓驅動進入多發送隊列模式。如果運行在EP模式，用戶或者管理編排軟件可以手動的設置包的走向。

應用導向路由 (Application Targeting Routing)

在ATR模式中， FD從Tx隊列里拿到外發包的字段去填充8K的完美匹配過濾（Perfect-Match Filter）表。選擇哪些包的字段取決于包的類型，比如過濾TCP的字段會和UDP的不同。FD會用完美匹配過濾表去智能路由收包到不同的Rx隊列。

如果要禁用ATR模式切換到EP模式，簡單的用ethtool命令添加一條過濾規則 （下方Adding Filters章節），驅動會自動的切換進入EP模式。如果要切換回到ATR模式，使用ethtool命令清空規則即可（下方Removing Filters 章節）。

外部編程模式（Externally Programmed Mode）

當FD運行在EP(External Programmed)模式，包流可以被手動的管理，可以是管理員輸入的規則，也可以是外部的編排管理軟件（比如OpenFlow）。像上面說過的一樣，只要通過ethtool命令手動輸入一條流的規則，FD就會自動進入EP模式。

> Adding Filters

下面的命令展示了如何增加過濾表，使用ethtool的-U, -N or –config-ntuple等等參數

指定從10.23.4.6到10.23.4.18的包使用4號隊列，用下面的命令：

# ethtool --config-ntuple flow-type tcp4 src-ip 10.23.4.6 dst-ip 10.23.4.18 action 4

注意：不用’loc’參數，這個規則會放在完美匹配過濾表的1號位置，如果1號位置已經有規則，就會被覆蓋掉

轉發2號隊列所有來自192.168.10.1:2000的ipv4 TCP包到192.168.10.2:2001，這條規則放在33號位置（會覆蓋原來在33號的規則，如果有的話）

# ethtool --config-ntuple <interface name> flow-type tcp4 src-ip 192.168.10.1 dst-ip 192.168.10.2 src-port 2000 dst-port 2001 action 2 loc 33

Drops all UDP packets from 10.4.83.2:

丟棄所有來自10.4.83.2的所有UDP報文：

# ethtool --config-ntuple flow-type udp4 src-ip 10.4.82.2 action -1

注意：VLAN字段在i40e的驅動中不支持(XL710 & X710)

參看ethtool的手冊看看-U, -N 或者—config-ntuple選項的更多用法

注意：Intel的XL710和X710網卡可以提供擴展的云過濾規則給復雜的云網絡環境，詳細內容請點擊文章末尾“引用文檔”中i40e文檔鏈接。

> Removing Filters

在EP模式下，可以用下面的命令移除已經保存的規則：

# ethtool --config-ntuple <interface name> delete N

> Listing Filters

EP模式下羅列相應網口已經采用的規則，使用下面的命令

# ethtool --show-ntuple <interface name>

 

^{關閉FD技術}

關閉Intel FD可以使用這條命令，這同時也會清除所有已有的規則：

# ethtool --features enp4s0f0 ntuple off

 

^結論

Intel的以太網FD技術能將以太網報文精準送達使用它的進程所在的CPU核心，無論該進程是應用、容器還是微服務。這比RSS更進一步，RSS只是將包送到相應的核做中斷處理，然后轉發給需要它的進程。FD可以被管理員或者控制面的軟件顯式的管理，或者智能自動的創建過濾規則表，通過對發包的取樣來決定收包的規則。當處于ATR自動模式時，Intel以太網FD技術對于硬件Offload RFS是必須的。

Intel以太網FD可以帶來性能提升，特別是當數據包很小并且吞吐量很大的時候（比如在電信運營商的環境中）。并且在網卡層面就能過濾并且丟棄報文，也可以被用來避免DoS攻擊。

 

引用文檔

DPDK文檔(http://dpdk.org/doc/guides/howto/flow_bifurcation.html#using-flow-bifurcation-on-ixgbe-in-linux)

IRQ Affinity調整

(https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/reference-guides/xl710-x710-performance-tuning-linux-guide.pdf)

How to Set Up Intel® Ethernet Flow Director(https://software.intel.com/en-us/articles/setting-up-intel-ethernet-flow-director)

Intel® 82599 10 GbE Controller Datasheet(https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/82599-10-gbe-controller-datasheet.pdf)

ixgbe Linux* Base Driver for Intel(R) Ethernet Network Connection(ixgbe Linux* Base Driver for Intel(R) Ethernet Network Connection)

i40e Linux* Base Driver for the Intel(R) XL710 Ethernet Controller Family(https://downloadmirror.intel.com/26713/eng/Readme.txt)

Linux* Base Driver for the Intel(R) Ethernet 10 Gigabit PCI Express Familyof Adapters(https://downloadmirror.intel.com/22919/eng/README.txt)

 

_{文章摘自英特爾精英匯}

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