Descridores e extensões de pacote

No NetAdapterCx, os descritores de pacote são estruturas pequenas, compactas e extensíveis de runtime que descrevem um pacote de rede. Cada pacote requer o seguinte:

• Um descritor principal
• Um ou mais descritores de fragmento
• Zero ou mais extensões de pacote

O descritor principal do pacote é a estrutura NET_PACKET . Ele contém apenas os metadados mais básicos aplicáveis a todos os pacotes, como o layout de enquadramento de um determinado pacote e o índice para o primeiro descritor de fragmento do pacote.

Cada pacote também deve ter um ou mais descritores de fragmento ou estruturas NET_FRAGMENT , que descrevem o local na memória do sistema onde residem os dados do pacote.

As extensões são opcionais e contêm metadados por pacote ou por fragmento para recursos específicos do cenário. Por exemplo, as extensões de pacote podem conter informações de descarregamento para soma de verificação, LSO (descarregamento de envio grande) e RSC (coalescência de segmentos de recebimento) ou podem conter detalhes específicos do aplicativo. As extensões de fragmento podem conter informações de endereço virtual, informações de endereço DMA lógicas ou outras informações para o fragmento.

Juntos, esses descritores e extensões contêm todos os metadados sobre um pacote de rede. Aqui estão dois exemplos de como eles descrevem um pacote. A primeira figura mostra um cenário em que todo o pacote é armazenado dentro de um único fragmento de memória e o offload de checksum foi ativado.

A segunda figura mostra um pacote armazenado em dois fragmentos de memória, com RSC e offload de checksum habilitados.

Armazenamento e acesso do descritor de pacotes

Descritores de pacote e descritores de fragmento são armazenados em estruturas de NET_RING . Um driver cliente NIC acessa os anéis de rede e executa operações neles chamando a Net Ring Iterator Interface, que permite que o driver trabalhe com o NetAdapterCx para postar dados de rede no hardware e escoar dados concluídos de volta para o sistema operacional.

Para obter mais informações sobre anéis de rede e a Interface do Iterador net ring, consulte Introdução aos anéis de rede.

Extensibilidade do descritor de pacote

Extensibilidade é um recurso principal do descritor de pacote NetAdapterCx, formando a base para a capacidade de versão e o desempenho do descritor. Em runtime, o sistema operacional aloca todos os descritores de pacotes para cada fila de pacotes em um bloco contíguo, juntamente com quaisquer extensões disponíveis. Cada bloco de extensão está imediatamente atrás do descritor principal, conforme mostrado na figura a seguir:

Os drivers de cliente NIC não têm permissão para codificar o deslocamento para qualquer bloco de extensão. Em vez disso, eles devem consultar em tempo de execução o deslocamento de qualquer extensão específica. Por exemplo, um driver pode consultar o deslocamento para a Extensão B e obter de volta 70 bytes, como na figura a seguir:

Depois que uma fila de pacotes e seus descritores são criados, todos os offsets de extensão são mantidos constantes pelo sistema, de modo que os drivers não precisem consultar novamente os offsets com frequência. Além disso, como todas as extensões são pré-alocadas pelo sistema em um bloco no momento em que a fila de pacotes é inicializada, não há necessidade de alocação de blocos em tempo de execução, pesquisando uma lista por um descritor específico ou tendo que armazenar ponteiros para cada extensão de pacote.

Capacidade de versão do descritor de pacote

O descritor de pacote principal do NetAdapterCx pode ser facilmente estendido em versões futuras adicionando novos campos ao final, como na figura a seguir:

Drivers de cliente mais recentes que reconhecem os campos V2 podem acessá-los, enquanto drivers mais antigos, compatíveis apenas com V1, usarão deslocamentos de extensão para ignorar os campos V2, permitindo que acessem os campos que compreendem. Além disso, cada extensão pode ser versionada da mesma maneira, como mostra a seguir a figura:

Um driver cliente que entenda a nova extensão pode usá-la. Outros drivers de cliente podem ignorar os novos campos. Isso permite que diferentes partes do descritor de pacote sejam versionadas independentemente.

Descritores de pacote e desempenho de datapath

O recurso de extensibilidade descrito anteriormente oferece benefícios para ajudar os drivers de cliente a atender aos requisitos de desempenho de NICs que são capazes de transferir centenas de gigabits por segundo, com milhares de filas:

1. Os descritores de pacote são mantidos o mais compactos possível para melhorar a eficiência do cache da CPU, pois funcionalidades e extensões que não são utilizadas ocupam 0 bytes de espaço nos descritores.
2. Não há desreferenciamento de ponteiro, apenas aritmética de deslocamento porque as extensões estão em linha, o que não só economiza espaço, mas também ajuda com ocorrências de cache de CPU.
3. As extensões são alocadas no momento da criação da fila, portanto, os drivers não precisam alocar e desalocar a memória no caminho de dados ativo ou lidar com listas de consulta rápida de blocos de contexto.

Usando extensões de pacote

Registrando extensões de pacote

A primeira etapa para trabalhar com extensões de pacote no driver cliente NIC é declarar os offloads de hardware compatíveis. Quando você anuncia o suporte para descarregamentos, como soma de verificação e LSO, o NetAdapterCx registra automaticamente as extensões de pacote associadas em seu nome.

Para obter um exemplo de código de descarregamentos de hardware de publicidade, consulte Introdução aos descarregamentos de hardware.

Consultando deslocamentos de extensão de pacote para filas de datapath

Depois de registrar extensões de pacote declarando o suporte ao descarregamento de hardware, você precisará dos deslocamentos de extensão para acessar cada uma delas enquanto processa seus pacotes. Para reduzir as chamadas fora do seu driver e melhorar o desempenho, você pode consultar os deslocamentos de suas extensões durante a função de retorno de chamada EvtNetAdapterCreateTx(Rx)Queue e armazenar as informações de deslocamento no contexto da fila.

Para obter um exemplo de como consultar deslocamentos de extensão e armazená-los no contexto da fila, consulte Filas de transmissão e recepção.

Obtendo extensões de pacote em runtime

Depois de armazenar deslocamentos de extensão no contexto da fila, você pode usá-los sempre que precisar de informações em uma extensão. Por exemplo, você pode chamar o método NetExtensionGetPacketChecksum enquanto programa descritores para hardware para uma fila de transmissão:

    // Get the extension offset from the device context
    PMY_TX_QUEUE_CONTEXT queueContext = GetMyTxQueueContext(txQueue);
    NET_EXTENSION checksumExtension = queueContext->ChecksumExtension;

    // Get the checksum info for this packet
    NET_PACKET_CHECKSUM* checksumInfo = NetExtensionGetPacketChecksum(checksumExtension, packetIndex);

    // Do work with the checksum info
    if (packet->Layout.Layer3Type == NET_PACKET_LAYER3_TYPE_IPV4_NO_OPTIONS ||
        packet->Layout.Layer3Type == NET_PACKET_LAYER3_TYPE_IPV4_WITH_OPTIONS ||
        packet->Layout.Layer3Type == NET_PACKET_LAYER3_TYPE_IPV4_UNSPECIFIED_OPTIONS)
    {
        if(checksumInfo->Layer4 == NET_PACKET_TX_CHECKSUM_REQUIRED)
        {
            ...
        }
    }
    ...

Constantes de extensão de pacote predefinidas e métodos auxiliares

NetAdapterCx fornece definições para constantes de extensão de pacote conhecidas.

Além disso, NetAdapterCx fornece métodos auxiliares que atuam como wrappers em torno do método NetExtensionGetData . Cada um desses métodos retorna um ponteiro para o tipo apropriado de estrutura.

Usando extensões de fragmento

Registrando extensões de fragmentos

O NetAdapterCx registra automaticamente a maioria das extensões de fragmento interpretando os recursos expressos de um driver. Por exemplo, se o driver expressar que dá suporte ao DMA, a estrutura adicionará automaticamente a extensão NET_FRAGMENT_LOGICAL_ADDRESS necessária para a programação de DMA.

Consultando deslocamentos de extensão de fragmento para filas de datapath

Para acessar extensões de fragmentos, você pode seguir o mesmo processo para acessar extensões de pacotes descritos em "Deslocamentos de extensão de pacote: consulta para filas de caminho de dados".

Constantes de extensão de fragmento predefinidas

NetAdapterCx fornece definições para constantes de extensão de fragmento conhecidas.