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Linux KNI 網(wǎng)絡(luò)接口是網(wǎng)絡(luò)通信中非常重要的一種接口，它能夠在內(nèi)核空間與用戶空間之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。使用 KNI 可以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量等。本文將介紹Linux KNI網(wǎng)絡(luò)接口的結(jié)構(gòu)、使用方法、應(yīng)用場景及優(yōu)缺點等。
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一、Linux KNI網(wǎng)絡(luò)接口的結(jié)構(gòu)
Linux KNI 網(wǎng)絡(luò)接口由兩個不同的部分組成：內(nèi)核模塊和用戶空間進(jìn)程。內(nèi)核模塊拉起網(wǎng)絡(luò)接口并承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的工作，而用戶進(jìn)程負(fù)責(zé)從內(nèi)核中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。
1.1 內(nèi)核模塊
內(nèi)核模塊由一個netdev_data結(jié)構(gòu)體和一個kthread線程組成。
在這個結(jié)構(gòu)體中，netdev_ops包含了網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的所有功能，如初始化、啟動、收發(fā)數(shù)據(jù)包等。struct rte_kni_net_dev_ops定義了一組函數(shù)，以便用戶進(jìn)程和內(nèi)核模塊之間能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的讀寫操作。
kthread是一個 Linux 內(nèi)核線程，它會在內(nèi)核模塊初始化時啟動，并且會不斷地監(jiān)聽需要處理的新數(shù)據(jù)幀。
kthread 的執(zhí)行函數(shù)是knidev_thread，它會讀取當(dāng)前 KNI 設(shè)備所指向的網(wǎng)卡上的所有數(shù)據(jù)包，并把這些數(shù)據(jù)包加入該設(shè)備的數(shù)據(jù)包隊列中。同時，kthread 也會從這個隊列中逐個讀取數(shù)據(jù)包，并通過 KNI 設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)它們。
1.2 用戶空間進(jìn)程
用戶進(jìn)程負(fù)責(zé)與內(nèi)核的通信，使數(shù)據(jù)包能夠從內(nèi)核中讀取并傳遞給應(yīng)用程序。
用戶空間進(jìn)程必須與內(nèi)核模塊的相應(yīng)功能相匹配，以便它能夠進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)讀寫操作。在 Linux 中，KNI 網(wǎng)絡(luò)接口的用戶程序模塊實現(xiàn)了 struct rte_kni_dev 和 struct rte_kni_dev_params 結(jié)構(gòu)體，還包括了dev_api支持庫，為使用者提供了多種常見用例的API，支持了對KNI的諸多操作。
二、Linux KNI網(wǎng)絡(luò)接口的使用方法
2.1 Linux KNI網(wǎng)絡(luò)接口的使用方式
使用 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口需要在內(nèi)核中注冊 KNI 設(shè)備，然后在程序中打開該設(shè)備。
要進(jìn)行注冊 KNI 設(shè)備操作，只需向 netdev_register() 函數(shù)傳遞一個包含 KNI 設(shè)備的 dev 名稱、MAC 地址、MTU 和其他配置參數(shù)的結(jié)構(gòu)體，即可創(chuàng)建 KNI 設(shè)備。
當(dāng)KNI設(shè)備創(chuàng)建成功后，便會在內(nèi)核模塊中啟動一個新線程。這個新線程的作用是監(jiān)聽KNI設(shè)備所連接的接口上是否有新的數(shù)據(jù)包到達(dá)，以及將這些數(shù)據(jù)包加入數(shù)據(jù)包隊列中。
在成功啟動KNI設(shè)備后，我們可以使用向文件描述符發(fā)送I/O控制命令（ioctl）的方式，來控制它從指定的接口讀取數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)它們。這些I/O控制命令包括：讀取、寫入和修改。
2.2 Linux和DPDK中的KNI網(wǎng)絡(luò)接口
在 Linux 中使用 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口相對簡單，但是在使用 DPDK 中的 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口時，我們需要學(xué)習(xí)更多的 API。
DPDK KNI 構(gòu)建在 Linux KNI 基礎(chǔ)之上，因此它們非常類似：兩者的接口都是在內(nèi)核中實現(xiàn)的，并且都需要用戶進(jìn)程來完成分配和回收操作，同時也支持monitoring和access mode兩種模式。不同之處在于 DPDK KNI 創(chuàng)建和刪除的方式，需要使用一些特殊的調(diào)用API。
三、應(yīng)用場景
KNI 可以應(yīng)用于不同類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，如轉(zhuǎn)發(fā)、過濾、QoS 以及監(jiān)控等。
例如，使用 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控和收集。這種方法可以幫助 IT 服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)管理員來掌握網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、使用量和性能問題，以便更好地維護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
此外，因為 KNI 提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?，因此它也被廣泛應(yīng)用于云計算和大型數(shù)據(jù)中心中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中。
四、優(yōu)缺點
使用 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口的主要優(yōu)點包括：
1. 不需要額外的硬件支持，只需要軟件實現(xiàn)，運行成本更低。
2. 能夠提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣?、可靠性和吞吐量，用戶可以更快、更可靠地收發(fā)數(shù)據(jù)。
3. 在多個不同的應(yīng)用程序中使用 KNI，能夠有效地節(jié)省系統(tǒng)資源。
使用 KNI 網(wǎng)絡(luò)接口的主要缺點包括：
1. 使用 KNI 需要專業(yè)知識和技能，相對于其它非常簡單的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)機制來說，更加復(fù)雜和難于實現(xiàn)。
2. 由于它沒有具體的硬件支持，因此它可能受到一些其他網(wǎng)絡(luò)因素的影響，這增加了不確定性和風(fēng)險。
3. KNI的性能不比SR-IOV及DPDK VF好，并且是在不管網(wǎng)絡(luò)交通的原始類型都可以作用。
五、
KNI 網(wǎng)絡(luò)接口在保障數(shù)據(jù)傳輸實時性、提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和提高虛擬機性能方面發(fā)揮了非常重要的作用。對于理解KNI工作原理及使用方法非常有幫助，并且有助于優(yōu)化應(yīng)用程序性能。KNI的確有一些限制和缺點，但在許多場景下，它仍然是一種強大、高效的網(wǎng)絡(luò)接口，有很大的應(yīng)用前景。
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