提升tap接口转发性能方法

随着2024年的钟声渐渐敲响，世界的每一个角落都沉浸在辞旧迎新的喜悦之中，此刻您是否和我一样还坚守在工作岗位（假装在上班）。今天是我今年最后一个工作日，明天将踏上回家的旅途。祝愿大家归途一切顺利，平安抵达家的港湾。

近期VPP社区提交一个补丁，允许为Tap接口设置 virtio 设置busypoll_timeout_us属性，将配置传递给virtio后端，改善后端的性能，用来提升TAP接口收包处理性能，据邮件中描述在禁用 gso 的情况下，tcp 和 udp 的性能提高了约 15%。性能提升还是相当可观的。（tap接口相关介绍可以参见链接：learning：tap/tun（1））。

patch 链接：https://gerrit.fd.io/r/c/vpp/+/40292 tap: add virtio polling option Pass busypoll-timeout-us value to virtio backend. This can improve backend performance - it will perform busypoll after recieving a packet. Type: improvement Change-Id: I66e23bd2795fcc9ac55ffef278c7c367d93ac6b0 Signed-off-by: Stanislav Zaikin stanislav.zaikin@46labs.com vpp-dev邮箱讨论链接：https://lists.fd.io/g/vpp-dev/topic/104194897#24033

此补丁还没有被官方merge，我们可以通过使用下面git命令将补丁文件合并到代码

 git fetch https://gerrit.fd.io/r/vpp refs/changes/92/40292/1 && git cherry-pick FETCH_HEAD

核心代码是在调用创建tap接口函数tap_create_if时，对每一个rx_queue对应的fd通过ioctol设置VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT属性。

       if (args->busypoll_timeout_us)
    {
      state.num = args->busypoll_timeout_us;
      virtio_log_debug (vif, "VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT: time %lu",
                state.num);
      _IOCTL (fd, VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT, &state);
    }

下面是文心一言中描述关于VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT 参数的解释：是一个用于Linux vhost-user 后端的 ioctl（输入/输出控制）调用，它允许用户空间程序为 vhost-user 虚拟环（vring）设置一个“忙碌循环”超时。这个参数的主要目的是控制 vhost-user 后端在轮询虚拟环以查找新的请求或数据时应该等待多久，从而避免无用的 CPU调用。

以下是关于 VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT 的详细解释：

1. 用途：当 vhost-user 后端在轮询其虚拟环时，如果没有找到任何新的请求或数据，它将继续等待，直到超时。这个超时就是通过 VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT 设置的。这有助于避免 CPU 过度使用，尤其是在低负载或空闲时。
2. 参数：此 ioctl 调用接受一个整数参数，表示超时时间（以微秒为单位）。例如，如果设置为 100000，那么 vhost-user 后端在轮询虚拟环时最多等待 100,000 微秒（即 0.1 秒）。
3. 行为：
   • 如果在指定的超时时间内，vhost-user 后端找到了新的请求或数据，它将立即处理它们。
   • 如果超时时间到达而没有新的请求或数据，vhost-user 后端将停止轮询并返回，稍后再试。
4. 调整：根据工作负载和系统性能，可能需要调整此超时值。如果设置得太低，可能会导致 CPU 使用率过高，因为 vhost-user 后端将频繁地轮询虚拟环。如果设置得太高，可能会导致响应延迟增加。
5. 默认值：不同的系统和 vhost-user 实现可能会有不同的默认值。在某些情况下，默认值可能是为了平衡 CPU 使用率和响应性而选择的。
6. 与其他参数的关系：这个参数与 vhost-user 的其他参数（如队列大小、批处理大小等）一起工作，共同影响性能。调整这些参数时，需要考虑它们之间的相互作用。

总之，VHOST_SET_VRING_BUSYLOOP_TIMEOUT 是一个用于控制 vhost-user 后端在轮询虚拟环时的忙碌循环超时的参数。通过合理地设置此参数，可以优化系统性能，避免不必要的 CPU 使用，同时保持响应性。

TAP接口在VPP产品中广泛使用，VPP项目中目前最活跃的插件《Learning VPP: linux-cp（1）》中就使用到了。在《Flexiwan 架构及功能说明》中，其他LTE、wifi、及DHCP server服务中都广泛使用。有性能困扰的哥们可以尝试使用一下，期待各位的反馈。