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수정일: 2024년 4월 23일
작성일: 2024년 4월 23일

아래 글은 나의 주관적 생각이 포함된 것이므로 정확한 기술 Spec을 원하는 분은 이 글을 참고용으로만 읽고,
이 블로그의 중간에 링크를 달아둔 Official document를 열람하는 것을 권장함.

XDP 개요  (들어가는 글)

XDP(eXpress Data Path)는 OS network stack을 우회하여 별도의 user application으로 보내고 받도록 하는데 사용되는 eBPF 기반의 data path이다.

Linux kernel version 4.8부터 XDP를 포함하므로 XDP 프로그래밍을 위해서 별도로 library를 설치할 필요는 없다.

아래 그림만 잘 들여다보면, XDP_* 처리(Action)에 대한 감이 온다.

위 그림에서 (start), interface output을 물리 네트워크 포트 또는 NIC port 라고 가정하고 보면 Packet 흐름이 자연스러워진다.

그리고, 이 블로그에서는 (start), interface output 가 동일 NIC port라고 가정하고 나머지 내용을 설명할 것이다.   

예제 / 실습 자료

위 내용을 바탕으로 실습하고자 한다면, 아래 tutorial을 참고할 것!

  XDP tutorial : 문서 링크 열기

        아래 git repo에 여러 실습 예제가 있는데, 그 중에서 "basic01-xdp-pass"와 같은 쉬운 예제부터 실습하면서

        전체 처리 절차를 이해하는 추천함!

  Tutorial one liners (bpftrace) : 문서 링크 열기

  Go Packet Generator (go-pktgen) : 문서 링크 열기

    -> 위 go-pktgen 프로그램은 아래 go package를 사용하므로, 아래 golang pkg source code 분석하는 것을 추천.

          XDP Go Package : 소스 코드 링크 열기   

Linux kernel source code에서 XDP 관련 코드를 찾아보기 (예시)

Linux kernel source code에서 network driver와 관련한 code를 찾아 보면, 

XDP_*와 관련있는 부분을 쉽게 만날 수 있다.

그 중에서 몇 개를 여기에 적어보겠다.

##
## File: linux/latest/source/drivers/net/ethernet/intel/i40e/i40e_txrx.c
##

... 중간 생략 ...
/**
 * i40e_run_xdp - run an XDP program
 * @rx_ring: Rx ring being processed
 * @xdp: XDP buffer containing the frame
 * @xdp_prog: XDP program to run
 **/
static int i40e_run_xdp(struct i40e_ring *rx_ring, struct xdp_buff *xdp, struct bpf_prog *xdp_prog)
{
	int err, result = I40E_XDP_PASS;
	struct i40e_ring *xdp_ring;
	u32 act;

	if (!xdp_prog)
		goto xdp_out;

	prefetchw(xdp->data_hard_start); /* xdp_frame write */

	act = bpf_prog_run_xdp(xdp_prog, xdp);
    
	switch (act) {
    
	case XDP_PASS:   ## NOTE: 따로 처리할 것이 없다.
		break;       ##       그냥, 원래 하던대로 network stack으로 보내면 된다.
        
	case XDP_TX:     ## NOTE: RX 패킷이 들어온 NIC을 찾아서 TX 패킷을 그 NIC으로 보내도록 한다.
		xdp_ring = rx_ring->vsi->xdp_rings[rx_ring->queue_index];
		result = i40e_xmit_xdp_tx_ring(xdp, xdp_ring);
		if (result == I40E_XDP_CONSUMED)
			goto out_failure;
		break;
        
	case XDP_REDIRECT:
		err = xdp_do_redirect(rx_ring->netdev, xdp, xdp_prog);
		if (err)
			goto out_failure;
		result = I40E_XDP_REDIR;
		break;
        
	default:
		bpf_warn_invalid_xdp_action(rx_ring->netdev, xdp_prog, act);
		fallthrough;
        
	case XDP_ABORTED:  ## NOTE: 패킷을 폐기
out_failure:
		trace_xdp_exception(rx_ring->netdev, xdp_prog, act);
		fallthrough; /* handle aborts by dropping packet */
        
	case XDP_DROP:     ## NOTE: 패킷을 폐기
		result = I40E_XDP_CONSUMED;
		break;
	}
    
xdp_out:
	return result;
}
... 중간 생략 ...

eBPF 공식 문서

What is eBPF?

  문서 링크: https://ebpf.io/what-is-ebpf/

The eBPF Library for Go

  문서 링크: https://ebpf-go.dev/

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https://medium.com/@khushichhillar02/unlocking-network-performance-with-xdp-and-ebpf-67c712128025