DOCA介紹

本文分為兩個部分：

DOCA及BlueField介紹
如何運行DOCA應用，這里以DNS_Filter為例子做大致介紹。

DOCA及BlueField介紹：

現代企業數據中心是軟件定義的、完全可編程的基礎設施，旨在服務于跨云、核心和邊緣環境的高度分布式應用工作負載。盡管軟件定義的數據中心提供了類似云的靈活性和敏捷性，但它們往往會消耗大量的CPU資源，進而降低服務器和數據中心的整體效率。通過利用DPU（Data Processing Uint）和DOCA（Data Center Infrastructure on a Chip Architecture），可以實現硬件加速的軟件定義基礎設施，從而顯著提升數據中心的性能和靈活性。

DPU被定義為一種可編程的網絡系統級芯片（SoC），它集成了從網絡端口到PCI Express（PCIe）接口的所有主要功能。NVIDIA于2020年進入DPU市場，并推出了BlueField系列產品。已發布的BlueField-2能夠作為智能網卡和存儲控制器使用，支持高達200Gbps的以太網端口和高帶寬的PCIe接口。BlueField-3于2022年上市，而更強大的BlueField-4預計將在2024年推出。????

圖1

不同于傳統的服務器處理器，DPU（Data Processing Uint）專為網絡數據包處理而設計。盡管其架構有所不同，但大多數DPU都包含一個可編程的數據平面，以及用于控制平面和應用代碼的CPU核心。與使用CPU核心相比，DPU的專用數據路徑不僅更高效，而且性能顯著提升。

如圖所示，BlueField架構本質上將網卡子系統（基于ConnectX）與可編程數據路徑、用于加密、壓縮和正則表達式的硬件加速器，以及用于控制平面的Arm控制器融為一體。在BlueField-3中，包含16個核心的可編程包處理器能夠處理多達256個線程，實現了在Arm核心上零負載的數據路徑處理。在許多應用中，數據路徑可以自主處理已知的網絡流量，而Arm核心則負責處理新流量等異常情況及控制平面功能。

圖2

盡管DPU具備顯著的優勢，但由于需要用戶編寫底層代碼，其早期應用僅限于少數用戶群體。為了解決這一限制，并推動獨立軟件供應商（ISV）、服務提供商和學術界更廣泛地采用DPU，NVIDIA開發了DOCA（Data Center On A Chip Architecture）。

DOCA是一個由庫文件、運行時組件和服務組成的框架，構建在一套經過驗證的驅動程序之上。其中一些庫與開源項目相關，而另一些則是NVIDIA獨有的。正如CUDA為GPU編程提供了抽象化一樣，DOCA為DPU編程提供了更高級別的抽象化。

圖3

如上圖所示，DOCA軟件棧包括驅動程序、庫、服務代理和參考應用。NVIDIA 提供的軟件棧包含兩部分內容，一部分是面向開發者的 DOCA SDK，另一部分是用于實現開箱即用部署的 DOCA Runtime 軟件。

從軟件棧上層看，流量網關庫能夠實現一個建立在數據路徑 SFT 上的硬件加速網關，為過濾和分發網絡流量的網關應用提供了更高級別的抽象化。在存儲方面，DOCA 支持用戶態庫開源 SPDK。在 HPC 和 AI 方面，DOCA 初期加入了作為運行時組件的統一集合通信（UCC）庫，在未來版本中還將加入 SDK 支持。

DOCA應用體驗：

DNS過濾應用程序被設計為在BlueField-2 DPU實例上運行。DPU攔截來自網絡的流量（入站流量），并根據流量分類來決定是將其傳遞給Arm處理器（根據列表類型過濾接收到的數據包），還是通過發夾轉發到出口端口，整個系統設計如圖4所示。

圖4

DNS過濾器運行在DOCA Flow之上，用于對DNS請求進行分類。然后，它利用硬件正則表達式引擎，根據域名列表規則（編譯后的正則表達式）查找匹配項。

圖5

以下是DNS過濾應用程序的工作流程：

用戶將正則表達式列表規則文件編譯成rof2.binary文件。
正則表達式二進制規則文件被加載到正則表達式引擎中。
通過管道識別入站數據包類型，這些管道封裝了流規則匹配模式和動作。
DNS過濾應用程序為每個端口構建三個管道：DNS丟棄管道、DNS轉發管道和發夾管道。除了丟棄管道外，每個管道只包含一個條目。丟棄管道在運行時包含許多條目，每個條目代表一個被丟棄的數據包。在應用程序初始化和配置之后，接受任何流量之前，管道是空的。
丟棄管道匹配已經被阻止的DNS數據包以丟棄它們。發夾管道匹配每個數據包（無遺漏）。丟棄管道作為根管道，DNS轉發管道作為丟棄管道的轉發未命中組件，發夾管道作為DNS轉發管道的轉發未命中組件。

操作流程：

1.解析應用程序參數。

doca_argp_init();

a).初始化arg解析器資源。

b).注冊DOCA通用旗幟。

Register_dns_filter_params();

c).注冊DNS過濾器應用程序標志。

doca_argp_start();

d).解析DPDK標志并調用rte_eal_init()函數。

e)解析應用程序標記。

2.DPDK初始化。

dpdk_init();