我在上一篇文章也提到過，對於全虛擬化和半虛擬化，需要分配給虛擬機一個虛擬網絡接口，這些就需要一個虛擬交換機vswitch(可以和hypervisor一同使用)，從而將虛擬網絡接口的數據包從物理接口轉發出去。但是在複雜的系統中，這個虛擬交換機的性能往往並不好。開源項目netmap[1]做了一個高性能網絡框架，並且同樣使用這個原理完成了高性能虛擬網絡交換機vale的設計[2]，在多種場景下Vale測量的性能[3]也非常好。
note:由於項目需要，我常常思考一個高性能的虛擬交換機應該怎麼做。從netmap和Vale這些設計和論述中我受益匪淺，我把我淺薄的理解記錄並分享，希望也能給大家幫助。
Netmap
由於官網上介紹的已經很詳細了，我這裏簡單描述。Netmap 框架是一個用於網絡硬件和應用程序的高性能通信的通道，基於共享內存機制。可以將Netmap和Linux網絡編程[4]需要用到的系統調用(read，write)進行對比，他們所要完成的功能是類似的。相對於系統調用，netmap的主要特點在於：buffer分配和數據複製的開銷沒有了，這是因爲使用了共享內存並且提前分配了buffer。
那麼問題是程序是怎麼使用netmap機制的呢？通過在程序裏面打開一個特殊的文件/dev/netmap，獲得一個文件描述符，並且使用ioctl()系統調用選擇一個設備，然後應該可以獲取一塊region，然後使用mmap()將文件描述符對應的文件對應到那個region。
netmap是作爲內核模塊來實施的，主要包括兩部分。一是功能，實現了那些open,close,ioctl,poll/select等基本功能。另外一個是與設備相關的部分，netmap延伸了驅動的功能，負責傳輸數據（send/receive）(只要傳輸描述符ring的元數據)。因爲做到了zero copy，所以能夠達到高性能。
那麼問題是程序是怎麼使用netmap機制的呢？通過在程序裏面打開一個特殊的文件/dev/netmap，獲得一個文件描述符，並且使用ioctl()系統調用選擇一個設備，然後應該可以獲取一塊region，然後使用mmap()將文件描述符對應的文件對應到那個region。
netmap是作爲內核模塊來實施的，主要包括兩部分。一是功能，實現了那些open,close,ioctl,poll/select等基本功能。另外一個是與設備相關的部分，netmap延伸了驅動的功能，負責傳輸數據（send/receive）(只要傳輸描述符ring的元數據)。因爲做到了zero copy，所以能夠達到高性能。
send（read）系統調用過程如下:
netmap send（read）的工作原理如下:
VALE原理
Netmap機制是實現VALE(Virtual local ethernet）高性能的核心所在。
VALE作用於vSwitch的拓撲如下：
到現在爲止Netmap已經列入了FreeBSD的內核，但是在linux下面使用還是需要編譯這個模塊並加載。
參考資料
[1]http://info.iet.unipi.it/~luigi/netmap/[2]http://info.iet.unipi.it/~luigi/vale/
[3]http://info.iet.unipi.it/~luigi/papers/20121026-vale.pdf
[3]http://info.iet.unipi.it/~luigi/papers/20121026-vale.pdf
[4]《Unix 網絡編程》
VALE作用於vSwitch的拓撲如下