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作者：李晓云；王海跃；邢蓓蕾（按姓氏排名）

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一、DCF的诞生背景

在虚拟化网络应用中，I/O虚拟化是虚拟化技术的重要组成部分。相比纯虚拟化和半虚拟化，PCIe的SRIOV和Intel 的VT-d技术结合为高性能虚拟化I/O提供了方案。现在大部分主流网卡都已经支持了SR-IOV技术。SR-IOV规范引入了两个新的PCIe Function类型：PF（Physical Function）和VF（Virtual Function，虚拟功能）。可以在PF上生成VF，每个VF接口都有其独立的PCIe通道，每个虚拟机可占用一个或多个VF接口，这样虚拟机就可以直接访问自己的VF接口，而不需要Hypervisor的参与，从而大幅提升网络吞吐性能。

而随着SDN 和NFV技术的不断发展及吞吐性能的要求，越来越多的VNF（Virtual Network Function）基于SRIOV VF来开发。DPDK作为VNF的开发基础套件，其VF的Polling Mode正在被广泛使用， 同时PF作为配置面和管理面仍被首选使用Kernel Driver来控制。

Intel网卡一般的工作模式是PF driver 来访问/控制硬件资源，虚机中VF 所获得的资源则有PF 来分配。VF获得资源的渠道有两种：

1. 可由虚机中的VF去配置。除了DMA相关的快速通道直接访问硬件以外，VF申请的资源需要由PF driver来仲裁和代理配置。PF和VF通过硬件提供的通道（Mailbox Queue）进行通信。

2. 主机侧通过标准配置工具分配，比如Linux 系统中的ip link, tc 等。

随着产品的更新迭代，新一代Intel网卡（800 系列）提供了越来越多的灵活功能可以用来加速VNF，比如DDP (Dynamic Device Personalization)，QoS等。这时标准的Linux tool缺乏相应的接口来控制。而DPDK作为Network Function开发的基础，拥有丰富的接口。那是不是可以由DPDK来完成这部分配置呢？

如果DPDK完成，脱离了Linux的标准接口，利用设备的配置空间以及User Space Driver的框架，是不是可以来控制硬件呢？答案是肯定的，这就是下面要讲的DCF（Device Config Function）。

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二、DCF简介

DCF（Device Config Function）是设备控制功能，可以理解为升级版的可信VF（trust VF）。目前支持将Intel E800系列网卡的每个端口的可信VF 0设置为DCF，为该端口的其他VF配置如Switch，ACL之类的流表规则。在此之前，没有灵活可扩展的途径可以通过VF配置Switch，ACL的流表规则，只能通过如图1中路径2，由TC Flower之类的工具通过PF配置一些简单的协议规则。

图1: DCF示意图

如图1中路径1所示，在NFV环境下，远端的VIM（Virtualized Infrastructure Manager）通过向用户空间的DCF PMD配置规则，实现对于虚拟机中使用的VF的流表规则的配置。在这个过程中，PF的内核驱动负责管理DCF，包括赋予以及回收DCF的权限，为DCF提供一些必要的准备信息，以及DCF的正常/异常退出之后的现存规则的处理等。而可信VF 0在与PF的Kernel Driver通信，申请到DCF的权限之后，将收到的对于VF设置的规则封装成AdminQ Command的格式，通过Virtual Channel的消息传递给PF，PF收到后会判断Command是否在白名单内，如果在，则直接执行该AdminQ Command到硬件，实现对VF的规则配置。

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三、如何使用DCF

如前文所述，DCF实际上就是可信任的VF 0，可以为其他VF提供Switch，ACL之类的流规则配置（DPDK 20.11可支持ACL）。使用DCF，需要Intel E800系列网卡的Kernel Driver和DPDK配合使用，需要内核驱动版本在1.0.4之上，DPDK的版本在20.05以上。

以端口enp24s0f0 (18:00.0)为例，下面是创建DCF，并使用DCF创建规则的具体步骤：

首先，需要创建并启动DCF。

1.为端口生成4个VF

echo 4 > /sys/bus/pci/devices/0000\:18\:00.0/sriov_numvfs

2.设置VF 0为可信任的VF

ip link set dev enp24s0f0 vf 0 trust on

3. 将VF 0绑定到DPDK并为其申请DCF权限

./usertools/dpdk-devbind.py -b vfio-pci 18:01.0

./build/app/dpdk-testpmd -l 22-25 -n 4 -w 18:01.0,cap=dcf — -i

接下来，就可以验证DCF的功能，如图2所示，VF 0是DCF，不管其他VF加载的是DPDK的驱动（VF 1）还是kernel驱动（VF 2），都可以通过DCF创建规则，将流导向它们。

图2: DCF示例图

1.  在DCF中创建规则，将特定的流导向VF 1和VF 2

• 创建规则1，将所有dst mac是68:05:ca:8d:ed:a8 ，ipv4 src ip是192.168.0.1，ipv4 dst ip是192.168.0.2，tos是4，ttl是3，tcp src port是25，tcp dst port是23的数据包发到VF 1

  testpmd> flow create 0 ingress pattern eth dst is 68:05:ca:8d:ed:a8 / ipv4 src is 192.168.0.1 dst is 192.168.0.2 tos is 4 ttl is 3 / tcp src is 25 dst is 23 / end actions vf id 1 / end

• 创建规则2，将所有outer ipv4 dst ip是192.168.0.1，nvgre tni是8，inner ipv4 src ip是192.168.0.2，inner ipv4 dst ip是192.168.0.3，inner udp src port是50，inner udp dst port是23的tunnel数据包发到VF 2

  testpmd > flow create 0 ingress pattern eth / ipv4 dst is 192.168.0.1 / nvgre tni is 0x8 / eth / ipv4 src is 192.168.0.2 dst is 192.168.0.3 / udp src is 50 dst is 23 / end actions vf id 1 / end

2. 观察VF 1和VF 2是否可以收到匹配规则的数据包

• 用DPDK观察VF 1（18:01.1），可以看到匹配上述规则1的数据包都可以被VF 1收到

  ./build/app/dpdk-testpmd -l 22-25 -n 4 -w 18:01.1 — -i

  testpmd > set fwd rxonly

  testpmd > set verbose 1

  testpmd > start

• 用tcpdump观察VF 2（enp24s1f2），可以看到匹配上述规则2的数据包都可以被VF 2收到

  tcpdump -e -nn -i enp24s1f2

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四、DCF下一步的发展方向

目前，DCF只支持Intel E800系列网卡的每个端口将VF 0作为DCF，用来为其他VF下发Switch，ACL规则。但随着需求的变化和增长，DCF主要有三个方向的发展正在进行中。第一点是未来DCF将支持QoS的功能；第二点是未来将可以指定任意VF作为DCF；最后一点是未来可以存在多个DCF，每个DCF负责一个VF域，为该域中的所有VF配置流规则。

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