1.背景
网卡接收一个数据包的情况下，会经过三个阶段：
- 网卡产生硬件中断通知CPU有包到达
- 通过软中断处理此数据包
- 在用户态程序处理此数据包
在SMP体系下，这三个阶段有可能在3个不同的CPU上处理，如下图所示：
而RFS的目标就是增加CPU缓存的命中率从而提高网络延迟。当使用RFS后，其效果如下：
2.实现原理
当用户程序调用 revmsg() 或者 sendmsg()的时候，RFS会将此用户程序运行的CPU id存入hash表；
而当有关用户程序的数据包到达的时候，RFS尝试从hash表中取出相应的CPU id, 并将数据包放置
到此CPU的队列，从而对性能进行优化。
3.重要数据结构
/*
* The rps_sock_flow_table contains mappings of flows to the last CPU
* on which they were processed by the application (set in recvmsg).
*/
struct rps_sock_flow_table {
unsigned int mask;
u16 ents[0];
};
#define RPS_SOCK_FLOW_TABLE_SIZE(_num) (sizeof(struct rps_sock_flow_table) + \
((_num) * sizeof(u16)))
结构体 rps_sock_flow_table 实现了一个hash表，RFS会将其声明一个全局变量用于存放所有sock对应的CPU。
/*
* The rps_dev_flow structure contains the mapping of a flow to a CPU, the
* tail pointer for that CPU‘s input queue at the time of last enqueue, and
* a hardware filter index.
*/
struct rps_dev_flow {
u16 cpu; //此链路上次使用的cpu
u16 filter;
unsigned int last_qtail; //此设备队列入队的sk_buff的个数
};
#define RPS_NO_FILTER 0xffff
/*
* The rps_dev_flow_table structure contains a table of flow mappings.
*/
struct rps_dev_flow_table {
unsigned int mask;
struct rcu_head rcu;
struct rps_dev_flow flows[0]; //实现hash表
};
#define RPS_DEV_FLOW_TABLE_SIZE(_num) (sizeof(struct rps_dev_flow_table) + \
((_num) * sizeof(struct rps_dev_flow)))
结构体 rps_dev_flow_table 是针对一个设备队列
4.具体实现
用户程序使用revmsg() 或者 sendmsg()的时候 设置CPU id。
int inet_recvmsg(struct kiocb *iocb, struct socket *sock, struct msghdr *msg,
size_t size, int flags)
{
struct sock *sk = sock->sk;
int addr_len = 0;
int err;
sock_rps_record_flow(sk); //设置CPU id
err = sk->sk_prot->recvmsg(iocb, sk, msg, size, flags & MSG_DONTWAIT,
flags & ~MSG_DONTWAIT, &addr_len);
if (err >= 0)
msg->msg_namelen = addr_len;
return err;
}
EXPORT_SYMBOL(inet_recvmsg);
当有数据包进行了响应后，会调用get_rps_cpu()选择合适的CPU id。其关键代码如下：
3117 hash = skb_get_hash(skb);
3118 if (!hash)
3119 goto done;
3120
3121 flow_table = rcu_dereference(rxqueue->rps_flow_table); //设备队列的hash表
3122 sock_flow_table = rcu_dereference(rps_sock_flow_table); //全局的hash表
3123 if (flow_table && sock_flow_table) {
3124 u16 next_cpu;
3125 struct rps_dev_flow *rflow;
3126
3127 rflow = &flow_table->flows[hash & flow_table->mask];
3128 tcpu = rflow->cpu;
3129
3130 next_cpu = sock_flow_table->ents[hash & sock_flow_table->mask]; //得到用户程序运行的CPU id
3131
3132 /*
3133 * If the desired CPU (where last recvmsg was done) is
3134 * different from current CPU (one in the rx-queue flow
3135 * table entry), switch if one of the following holds:
3136 * - Current CPU is unset (equal to RPS_NO_CPU).
3137 * - Current CPU is offline.
3138 * - The current CPU‘s queue tail has advanced beyond the
3139 * last packet that was enqueued using this table entry.
3140 * This guarantees that all previous packets for the flow
3141 * have been dequeued, thus preserving in order delivery.
3142 */
3143 if (unlikely(tcpu != next_cpu) &&
3144 (tcpu == RPS_NO_CPU || !cpu_online(tcpu) ||
3145 ((int)(per_cpu(softnet_data, tcpu).input_queue_head -
3146 rflow->last_qtail)) >= 0)) {
3147 tcpu = next_cpu;
3148 rflow = set_rps_cpu(dev, skb, rflow, next_cpu);
3149 }
3150
3151 if (tcpu != RPS_NO_CPU && cpu_online(tcpu)) {
3152 *rflowp = rflow;
3153 cpu = tcpu;
3154 goto done;
3155 }
3156 }
上面的代码中第3145行比较难理解，数据结构 softnet_data用于管理进出的流量，他有两个关键的变量：
2374 #ifdef CONFIG_RPS 2375 /* Elements below can be accessed between CPUs for RPS */ 2376 struct call_single_data csd ____cacheline_aligned_in_smp; 2377 struct softnet_data *rps_ipi_next; 2378 unsigned int cpu; 2379 unsigned int input_queue_head; //队列头，也可以理解为出队的位置 2380 unsigned int input_queue_tail; //队列尾，也可以理解为入队的位置 2381 #endif
表达式 (int)(per_cpu(softnet_data, tcpu).input_queue_head 求出了在tcpu 这个CPU上的出队数目，而rflow->last_qtail
代表设备队列上此sock对应的最后入队的位置，如果出队数目大于入队数目，那么说明这一链路上的包都处理完毕，不会
出现乱序处理的包。第3143的if 语句就是为了防止乱序包的出现，假如是多进程或者多线程同时处理一个socket，那么此
socket对应的CPU id就会不停变化。
参考文献：
http://www.pagefault.info/?p=115
http://syuu.dokukino.com/2013/05/linux-kernel-features-for-high-speed.html
https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/scaling.txt