Linux内核网卡收包机制历史变革

Linux内核对网卡收包处理机制大约经历了4个阶段。

1、网卡在同一时刻只能接收一个包，当网卡接收到包之后，马上向中断控制器发出中断请求，中断控制器向CPU发出中断信号。

2、网卡在同一时刻能接收多个包，单CPU，网卡接收到多个包的时刻，马上向中断控制器发出中断请求，中断控制器向CPU发出中断信号。

3、网卡在同一时刻能接收多个包，多CPU，网卡接收到多个包的时刻，马上向中断控制器发出中断请求，中断控制器向CPU发出中断信号，所有CPU都将接收到数据包放入同一个接受队列里。

4、网卡支持多队列+DMA方式，多CPU，网卡接收到多个包的时刻，主动把数据包通过网卡DMA到rx_ring（多个）里，当DMA完成时，发生网卡硬件中断，在硬中断里调用软中断，软中断把该CPU对应的r_ring里buffer拷贝到链路层（又称为接口层）接收队列里。

第一个阶段（约1985~1997？）：

tcp/ip协议栈在1985左右开始集成到BSD UNIX内核中。在那个年代，互联网是个稀罕玩意儿，网络流量不大，网卡性能也比较弱。

网络处理机制从纯硬中断到下半部机制过渡。



第二个阶段（约1997~2000？）：

网络流量开始增大，传统的Linux下半部机制仍然能应付。



第三个阶段（2000~2008？）：

Linux内核开始出现NAPI网络处理机制。

这个阶段最大的问题在于SMP下网卡的优势无法发挥出来。中断落在CPU0上，SMP对网卡处理负载不均衡。流量大的时候，CPU0负载很高，网卡丢包现象严重。

解决问题的方法是采用APIC中断控制器，但是，此时接收队列仍然只有1个，即便网卡中断均衡到多个CPU， 接收队列只有一个 ，CPU对网卡数据处理仍然有很大瓶颈。这好比5个未成年男淫与一个成年女性轮流发生性关系，没办法5个人一起来，只能轮流来。



第四个阶段：（约2008？~now）：

多队列网卡出现。同一个网卡具备多个rx_ring和DMA功能。本质上，借用了NUMA架构思想（与SMP同一层级的架构）。