NetmaptoVALE从高性能网络框架到高性能虚拟网络交换机
我在上一篇文章也提到过，对于全虚拟化和半虚拟化，需要分配给虚拟机一个虚拟网络接口，这些就需要一个虚拟交换机vswitch(可以和hypervisor一同使用)，从而将虚拟网络接口的数据包从物理接口转发出去。但是在复杂的系统中，这个虚拟交换机的性能往往并不好。开源项目netmap[1]做了一个高性能网络框架，并且同样使用这个原理完成了高性能虚拟网络交换机vale的设计[2]，在多种场景下Vale测量的性能[3]也非常好。
note:由于项目需要，我常常思考一个高性能的虚拟交换机应该怎么做。从netmap和Vale这些设计和论述中我受益匪浅，我把我浅薄的理解记录并分享，希望也能给大家帮助。
Netmap
由于官网上介绍的已经很详细了，我这里简单描述。 Netmap 框架是一个用于网络硬件和应用程序的高性能通信的通道，基于共享内存机制。可以将Netmap和Linux网络编程[4]需要用到的系统调用(read，write)进行对比，他们所要完成的功能是类似的。相对于系统调用，netmap的主要特点在于：buffer分配和数据复制的开销没有了，这是因为使用了共享内存并且提前分配了buffer。那么问题是程序是怎么使用netmap机制的呢？通过在程序里面打开一个特殊的文件/dev/netmap，获得一个文件描述符，并且使用ioctl()系统调用选择一个设备，然后应该可以获取一块region，然后使用mmap()将文件描述符对应的文件对应到那个region。
netmap是作为内核模块来实施的，主要包括两部分。一是功能，实现了那些open,close,ioctl,poll/select等基本功能。另外一个是与设备相关的部分，netmap延伸了驱动的功能，负责传输数据(只要传输描述符ring的元数据)。因为做到了zero copy，所以能够达到高性能。
VALE原理
Netmap机制是实现VALE (Virtual local ethernet）高性能的核心所在。VALE其实就是一个虚拟本地以太网交换机。它给它的每个用户(hypervisor或者process)提供一个虚拟的网络接口(可以通过netmap的api来访问)。核心工作还是在netmap backend端，需要在后端增加交换机的逻辑，比如转发学习逻辑。然后进一步优化。
到现在为止Netmap已经列入了FreeBSD的内核，但是在linux下面使用还是需要编译这个模块并加载。