随着网卡性能的飞速发展，10GE 网卡已经大规模普及，25GE/40GE/100GE 网卡也在逐步推广，linux 内核在网络数据包处理上的瓶颈也越发明显，在传统的内核协议栈中，网卡通过硬件中断通知协议栈有新的数据包到达，内核的网卡驱动程序负责处理这个硬件中断，将数据包从网卡队列拷贝到内核开辟的缓冲区中（DMA），然后数据包经过一系列的协议处理流程，最后送到用户程序指定的缓冲区中。在这个过程中中断处理、内存拷贝、系统调用（锁、软中断、上下文切换）等严重影响了网络数据包的处理能力。操作系统的对应用程序和数据包处理的调度可能跨 CPU 调度，局部性失效进一步影响网络性能。
而互联网的快速发展亟需高性能的网络处理能力，kernel bypass 方案也越来被人所接受，市场上也出现了多种类似技术，如 DPDK、NETMAP、PF_RING 等，其核心思想就是内核只用来处理控制流，所有数据流相关操作都在用户态进行处理，从而规避内核的包拷贝、线程调度、系统调用、中断等性能瓶颈，并辅以各种性能调优手段，从而达到更高的性能。其中 DPDK 因为更彻底的脱离内核调度以及活跃的社区支持从而得到了更广泛的使用。
F-Stack 是一款兼顾高性能、易用性和通用性的网络开发框架，传统上 DPDK 大多用于 SDN、NFV、DNS 等简单的应用场景下，对于复杂的 TCP 协议栈上的七层应用很少，市面上已出现了部分用户态协议栈，如 mTCP、Mirage、lwIP、NUSE 等，也有用户态的编程框架，如 SeaStar 等，但统一的特点是应用程序接入门槛较高，不易于使用。
F-Stack 使用纯 C 实现，充当胶水粘合了 DPDK、FreeBSD 用户态协议栈、Posix API、微线程框架和上层应用（Nginx、Redis），使绝大部分的网络应用可以通过直接修改配置或替换系统的网络接口即可接入 F-Stack，从而获得更高的网络性能。
F-Stack 总体架构如上图所示，具有以下特点:
- 使用多进程无共享架构。
- 各进程绑定独立的网卡队列和 CPU，请求通过设置网卡 RSS 散落到各进程进行处理。
- 各进程拥有独立的协议栈、PCB 表等资源。
- 每个 NUMA 节点使用独立的内存池。
- 进程间通信通过无锁环形队列（rte_ring）进行。
- 使用 DPDK 作为网络 I/O 模块，将数据包从网卡直接接收到用户态。
- 移植 FreeBSD Release 11.0.1 协议栈到用户态并与 DPDK 对接。
代码地址：github-fstack
官网论坛：腾讯云
# clone F-Stack mkdir -p /data/f-stack git clone https://github.com/F-Stack/f-stack.git /data/f-stack # Install libnuma-dev yum install numactl-devel # on Centos sudo apt-get install libnuma-dev # on Ubuntu cd f-stack # Compile DPDK，此处注意meson版本 cd dpdk/ meson -Denable_kmods=true build ninja -C build ninja -C build install # Set hugepage # single-node system echo 1024 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages # or NUMA echo 1024 > /sys/devices/system/node/node0/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages echo 1024 > /sys/devices/system/node/node1/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages # Using Hugepage with the DPDK mkdir /mnt/huge mount -t hugetlbfs nodev /mnt/huge # Close ASLR; it is necessary in multiple process echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space # Install python for running DPDK python scripts sudo apt install python # On ubuntu # Offload NIC modprobe uio insmod /data/f-stack/dpdk/build/kernel/linux/igb_uio/igb_uio.ko insmod /data/f-stack/dpdk/build/kernel/linux/kni/rte_kni.ko carrier=on # carrier=on is necessary, otherwise need to be up `veth0` via `echo 1 > /sys/class/net/veth0/carrier` python dpdk-devbind.py --status ifconfig eth0 down python dpdk-devbind.py --bind=igb_uio eth0 # assuming that use 10GE NIC and eth0 # On Ubuntu, use gawk instead of the default mawk. #sudo apt-get install gawk # or execute `sudo update-alternatives --config awk` to choose gawk. # Install dependencies for F-Stack sudo apt install gcc make libssl-dev # On ubuntu # Upgrade pkg-config while version < 0.28 #cd /data #wget https://pkg-config.freedesktop.org/releases/pkg-config-0.29.2.tar.gz #tar xzvf pkg-config-0.29.2.tar.gz #cd pkg-config-0.29.2 #./configure --with-internal-glib #make #make install #mv /usr/bin/pkg-config /usr/bin/pkg-config.bak #ln -s /usr/local/bin/pkg-config /usr/bin/pkg-config # Compile F-Stack export FF_PATH=/data/f-stack export PKG_CONFIG_PATH=/usr/lib64/pkgconfig:/usr/local/lib64/pkgconfig:/usr/lib/pkgconfig cd /data/f-stack/lib/ make # Install F-STACK # libfstack.a will be installed to /usr/local/lib # ff_*.h will be installed to /usr/local/include # start.sh will be installed to /usr/local/bin/ff_start # config.ini will be installed to /etc/f-stack.conf make install4.具体过程
- 编译dpkp过程中注意meson版本，版本过低，编译不起来，需要手动安装meson（>meson-0.47.1）。
ln meson.py -srf /usr/local/bin/meson.py
