5. Mempool 库

内存池是固定大小的对象分配器。 在DPDK中，它由名称唯一标识，并且使用mempool操作来存储空闲对象。 默认的mempool操作是基于ring的。它提供了一些可选的服务，如per-core缓存和对齐帮助，以确保对象被填充， 方便将他们均匀扩展到DRAM或DDR3通道上。

这个库由 Mbuf Library 使用。

5.1. Cookies

在调试模式(CONFIG_RTE_LIBRTE_MEMPOOL_DEBUG is enabled)中，将在块的开头和结尾处添加cookies。 分配的对象包含保护字段，以帮助调试缓冲区溢出。

5.2. Stats

在调试模式(CONFIG_RTE_LIBRTE_MEMPOOL_DEBUG is enabled)中，从池中获取/释放的统计信息存放在mempool结构体中。 统计信息是per-lcore的，避免并发访问统计计数器。

5.3. 内存对齐约束

根据硬件内存配置，可以通过在对象之间添加特定的填充来大大提高性能。 其目的是确保每个对象开始于不同的通道上，并在内存中排列，以便实现所有通道负载均衡。

特别是当进行L3转发或流分类时，报文缓冲对齐尤为重要。此时仅访问报文的前64B，因此可以通过在不同的信道之间扩展对象的起始地址来提升性能。

DIMM上的rank数目是可访问DIMM完整数据位宽的独立DIMM集合的数量。 由于他们共享相同的路径，因此rank不能被同事访问。 DIMM上的DRAM芯片的物理布局无需与rank数目相关。

当运行app时，EAL命令行选项提供了添加内存通道和rank数目的能力。

Note

命令行必须始终指定处理器的内存通道数目。

不同DIMM架构的对齐示例如图所示 Fig. 5.1 及 Fig. 5.2 。

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Fig. 5.1 Two Channels and Quad-ranked DIMM Example

在这种情况下，假设吧平稳是64B块就不成立了。

Intel® 5520芯片组有三个通道，因此，在大多数情况下，对象之间不需要填充。(除了大小为n x 3 x 64B的块)

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Fig. 5.2 Three Channels and Two Dual-ranked DIMM Example

当创建一个新池时，用户可以指定使用此功能。

5.4. 本地缓存

在CPU使用率方面，由于每个访问需要compare-and-set (CAS)操作，所以多核访问内存池的空闲缓冲区成本比较高。 为了避免对内存池ring的访问请求太多，内存池分配器可以维护per-core cache，并通过实际内存池中具有较少锁定的缓存对内存池ring执行批量请求。 通过这种方式，每个core都可以访问自己空闲对象的缓存（带锁）， 只有当缓存填充时，内核才需要将某些空闲对象重新放回到缓冲池ring，或者当缓存空时，从缓冲池中获取更多对象。

虽然这意味着一些buffer可能在某些core的缓存上处于空闲状态，但是core可以无锁访问其自己的缓存提供了性能上的提升。

缓存由一个小型的per-core表及其长度组成。可以在创建池时启用/禁用此缓存。

缓存大小的最大值是静态配置，并在编译时定义的(CONFIG_RTE_MEMPOOL_CACHE_MAX_SIZE)。

Fig. 5.3 显示了一个缓存操作。

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Fig. 5.3 A mempool in Memory with its Associated Ring

不同于per-lcore内部缓存，应用程序可以通过接口 rte_mempool_cache_create() ， rte_mempool_cache_free() 和 rte_mempool_cache_flush() 创建和管理外部缓存。 这些用户拥有的缓存可以被显式传递给 rte_mempool_generic_put() 和 rte_mempool_generic_get() 。 接口 rte_mempool_default_cache() 返回默认内部缓存。 与默认缓存相反，用户拥有的高速缓存可以由非EAL线程使用。

5.5. Mempool 句柄

这允许外部存储子系统，如外部硬件存储管理系统和软件存储管理与DPDK一起使用。

mempool 操作包括两方面：

  • 添加新的mempool操作代码。这是通过添加mempool ops代码，并使用 MEMPOOL_REGISTER_OPS 宏来实现的。
  • 使用新的API调用 rte_mempool_create_empty() 及 rte_mempool_set_ops_byname() 用于创建新的mempool，并制定用户要使用的操作。

在同一个应用程序中可能会使用几个不同的mempool处理。 可以使用 rte_mempool_create_empty() 创建一个新的mempool，然后用 rte_mempool_set_ops_byname() 将mempool指向相关的 mempool处理回调（ops）结构体。

传统的应用程序可能会继续使用旧的 rte_mempool_create() API调用，它默认使用基于ring的mempool处理。 这些应用程序需要修改为新的mempool处理。

对于使用 rte_pktmbuf_create() 的应用程序，有一个配置设置(RTE_MBUF_DEFAULT_MEMPOOL_OPS)，允许应用程序使用另一个mempool处理。

5.6. 用例

需要高性能的所有分配器应该使用内存池实现。 以下是一些使用实例：