深入了解Linux KNI网络接口介绍 (linux kni介绍)

Linux KNI 网络接口是网络通信中非常重要的一种接口，它能够在内核空间与用户空间之间进行数据交换。使用 KNI 可以提高网络传输速度，降低网络延迟，增加网络吞吐量等。本文将介绍Linux KNI网络接口的结构、使用方法、应用场景及优缺点等。

一、Linux KNI网络接口的结构

Linux KNI 网络接口由两个不同的部分组成：内核模块和用户空间进程。内核模块拉起网络接口并承担转发数据包的工作，而用户进程负责从内核中读取或写入数据。

1.1 内核模块

内核模块由一个netdev_data结构体和一个kthread线程组成。

在这个结构体中，netdev_ops包含了网络驱动程序的所有功能，如初始化、启动、收发数据包等。struct rte_kni_net_dev_ops定义了一组函数，以便用户进程和内核模块之间能够进行网络数据包的读写操作。

kthread是一个 Linux 内核线程，它会在内核模块初始化时启动，并且会不断地监听需要处理的新数据帧。

kthread 的执行函数是knidev_thread，它会读取当前 KNI 设备所指向的网卡上的所有数据包，并把这些数据包加入该设备的数据包队列中。同时，kthread 也会从这个队列中逐个读取数据包，并通过 KNI 设备转发它们。

1.2 用户空间进程

用户进程负责与内核的通信，使数据包能够从内核中读取并传递给应用程序。

用户空间进程必须与内核模块的相应功能相匹配，以便它能够进行正确的数据读写操作。在 Linux 中，KNI 网络接口的用户程序模块实现了 struct rte_kni_dev 和 struct rte_kni_dev_params 结构体，还包括了dev_api支持库，为使用者提供了多种常见用例的API，支持了对KNI的诸多操作。

二、Linux KNI网络接口的使用方法

2.1 Linux KNI网络接口的使用方式

使用 KNI 网络接口需要在内核中注册 KNI 设备，然后在程序中打开该设备。

要进行注册 KNI 设备操作，只需向 netdev_register() 函数传递一个包含 KNI 设备的 dev 名称、MAC 地址、MTU 和其他配置参数的结构体，即可创建 KNI 设备。

当KNI设备创建成功后，便会在内核模块中启动一个新线程。这个新线程的作用是监听KNI设备所连接的接口上是否有新的数据包到达，以及将这些数据包加入数据包队列中。

在成功启动KNI设备后，我们可以使用向文件描述符发送I/O控制命令（ioctl）的方式，来控制它从指定的接口读取数据包并转发它们。这些I/O控制命令包括：读取、写入和修改。

2.2 Linux和DPDK中的KNI网络接口

在 Linux 中使用 KNI 网络接口相对简单，但是在使用 DPDK 中的 KNI 网络接口时，我们需要学习更多的 API。

DPDK KNI 构建在 Linux KNI 基础之上，因此它们非常类似：两者的接口都是在内核中实现的，并且都需要用户进程来完成分配和回收操作，同时也支持monitoring和access mode两种模式。不同之处在于 DPDK KNI 创建和删除的方式，需要使用一些特殊的调用API。

三、应用场景

KNI 可以应用于不同类型的网络应用程序，如转发、过滤、QoS 以及监控等。

例如，使用 KNI 网络接口可以实现网络流量监控和收集。这种方法可以帮助 IT 服务提供商和网络管理员来掌握网络规模、使用量和性能问题，以便更好地维护网络设备。

此外，因为 KNI 提高了网络传输的速度和可靠性，因此它也被广泛应用于云计算和大型数据中心中的网络数据传输中。

四、优缺点

使用 KNI 网络接口的主要优点包括：

1. 不需要额外的硬件支持，只需要软件实现，运行成本更低。

2. 能够提高网络传输的速度、可靠性和吞吐量，用户可以更快、更可靠地收发数据。

3. 在多个不同的应用程序中使用 KNI，能够有效地节省系统资源。

使用 KNI 网络接口的主要缺点包括：

1. 使用 KNI 需要专业知识和技能，相对于其它非常简单的网络转发机制来说，更加复杂和难于实现。

2. 由于它没有具体的硬件支持，因此它可能受到一些其他网络因素的影响，这增加了不确定性和风险。

3. KNI的性能不比SR-IOV及DPDK VF好，并且是在不管网络交通的原始类型都可以作用。

五、

KNI 网络接口在保障数据传输实时性、提高网络吞吐量和提高虚拟机性能方面发挥了非常重要的作用。对于理解KNI工作原理及使用方法非常有帮助，并且有助于优化应用程序性能。KNI的确有一些限制和缺点，但在许多场景下，它仍然是一种强大、高效的网络接口，有很大的应用前景。

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