网络编程之XDP、TC和IO_URING以及DPDK

一、网络编程常见的技术

在前面已经分析过了XDP、TC和eBPF。也基本把三者间的关系理清了，但现在又有一个疑惑涌了上来。在前面提到过的IO_URING和DPDK与这些技术有什么关系呢？其实只要认真的看过分析文章可能大家心里都已经基本清楚了。
正如在前面不断提到的，网络编程不是简单的一个部分在努力，它是一个系统工程，从网卡到驱动，从驱动到内核的协议栈再到上层的应用。它是一整套完整的流程，在这个流程上，就如学计算机知识的都明白的木桶原理，只要有一个不够给力，那么其它人的努力可能就大为减弱甚至是失效。
明白了上述的说明，基本也就弄明白了几者之间的关系。

二、技术间的关系

仍然按照传统的用户层、内核和驱动（硬件NIC）三层来说明几者的关系：
1、IO_URING是一个异步编程框架，可以认为是提供给应用层使用的一个网络编程框架，一如开发经常使用epoll,select,poll等。它更多的是向上层提供一套更高效的网络通信接口。
2、DPDK：DPDK属于用户层程序可以直接处理网络数据的一种框架，它可以略过大多数的和内核交互的过程。DPDK的优秀之处已经在应用中体现出来，但是DPDK的不足也同样暴露了出来，
3、XDP、TC（eBPF）则可以认为是与DPDK不同的另外一种方案，DPDK是尽量减少和内核的交互，直接连接用户层和网络数据（驱动或网卡），而XDP等则在仍然与内核保持较强的联系
可以简单理解为，IO_URING是为应用层服务的。后两者是在内核层次上的一次优化。虽然DPDK也实现了用户层的网络数据处理，但从数据处理的方式来看，仍然可以将其划到内核逻辑中去。而XDP等则可以看作内核对DPDK一种快速的应变。
下面是三者的关系图：

三、应用分析

针对这三类技术，做一下整体的技术应用分析：
1、IO_URING:
做存储起家的异步框架，主要是解决IO与CPU、内存的不匹配出现的。应用在网络编程上，再自然不过。它解决的主要痛点就是在上层应用中支持C100K、C1000K甚至更多。通过对内核的交互大幅减少相关的内存拷贝和通信次数。略过一些不必要的过程，同时对外暴露接口，让用户层感受不到内核的复杂。
目前在Java的Netty 中已经封装了IO_URING的应用，不过据说并没有发挥出其最大效用，有兴趣可以用一下。其它的有名气的应用案例目前还没看到。

2、DPDK
DPDK这个就不用细讲了，在前面已经分析了几十篇，它既可以在上层写传统的SOCKET编程，也可以做为网络监控等的手段。基本上大公司都有基于此框架的应用，开源的更是多，可以去Github上搜索一下就明白了。

3、eBPF(XDP、TC)
XDP之类的应用本身就集成在内核中，再加上eBPF的大力支持，它的应用更多。国内诸如腾讯、阿里等大互联网公司都有相关的应用如蓝鲸；中国移动的磐基，其它开源的也有很多，比如反复提到的Cilium。
不用想，它的应用前景非常被看好，除了各个大公司的支持外，最重要的它是在内核中，免费啊。

在《High-Performance Networking Using eBPF, XDP, and io_uring》，提出了使用IO_URING和XDP以及eBPF一起来实现一个高性能的网络，也就是说，这些技术间其实是互相配合，共同合作为主的。当然，DPDK可能有一点小小小的冲突，这就看大家的实际场景中到底想怎么做了。不过一个普遍比较被大家接受的观点，DPDK还是有一些复杂。

四、总结

学习理论知识十分的枯燥，特别对工作后的人，不论是从记忆力还是注意力，已经从单纯的学习转向了为了生活而打拼。此时对一些理论性的东西往往感到没有什么意义。但还是需要强调的是，计算机技术是一门非常强的理论和实践高度结合的技术学科。理论和实践缺一不可，新技术的突破往往是开发应用瓶颈的突破口，不需要到处再打补丁；同样，丰富的实践场景可以推动技术的完善和创新。
思维不要僵化，要与时俱进。