网络应用基于容器化部署越来越多，同一主机上采用不同容器来隔离网络业务，由于当前网络业务采用的基本都是基于DPDK作为数据平面的开发组件进行报文传输，不同的容器之间通过部署不同的DPDK进程来实现各自的业务，为了使得不同容器之间实现通信，所以提供了一种采用内存交换的方式进行报文传输，这种传输接口叫做memif(shared memory packet interface)。Memif传输的报文是原始报文格式，支持配置为Ethernet模式，IP模式，Punt/Inject模式。在VPP(Vector Packet Process)中支持上述三种模式，DPDK只支持Ethernet模式，所以当VPP进程和DPDK进程进行通信时，需要使用Ethernet模式来传输报文。Memif接口有两种身份，master和slave，二者通过unix socket传递控制类消息。Master和slave是一一对应关系，一个master对应一个slave，二者拥有相同的id。其中master负责创建socket连接并监听slave的连接请求，slave负责创建共享内存和初始化共享内存，并主动发起sock连接。
1. Memif基于VPP简单配置
master配置
[root@4cba99d94a68 /]# vppctl
_______ _ _ _____ ___
__/ __/ _ \ (_)__ | | / / _ \/ _ \
_/ _// // / / / _ \ | |/ / ___/ ___/
/_/ /____(_)_/\___/ |___/_/ /_/
vpp# create interface memif id 0 master
vpp# set interface state memif0/0 up
vpp# set interface ip addr memif0/0 192.168.1.1/24
slave配置
[root@4cba99d94a68 /]# vppctl
_______ _ _ _____ ___
__/ __/ _ \ (_)__ | | / / _ \/ _ \
_/ _// // / / / _ \ | |/ / ___/ ___/
/_/ /____(_)_/\___/ |___/_/ /_/
vpp# create interface memif id 0 slave
vpp# set interface state memif0/0 up
vpp# set interface ip addr memif0/0 192.168.1.2/24
联通性验证
vpp# ping 192.168.1.1
116 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=32.0338 ms
116 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=32.0211 ms
116 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=4 ttl=64 time=24.6519 ms
116 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=5 ttl=64 time=17.2863 ms
2. Memif原理介绍
memif采用unix域套接字来传递控制消息，每组memif在socket里面都有一个唯一的id，这个id也是用来识别对端接口的标识。slave接口在创建的时候，会在指定的socket上尝试连接。socket的监听进程即master接口所在的进程会提取连接请求，并创建一个连接控制信道，并通过此信道发送hello消息，这条消息包含了一些配置信息。slave收到hello消息之后，会根据消息所带的配置来调整自己的配置，随后回复init消息。init消息包含了接口id，监听进程提取接口id，并将控制信道绑定到对应的接口上，之后回复ack。slave收到ack之后就开始创建内存区域（region）和环形队列（ring），并针对每个region和ring都发送一条add消息，master收到后需要逐一回复ack。待slave收到最后一条add ring的ack回复之后，就会发送connect消息，表示slave已经准备就绪。master收到此消息之后，会将region映射到自己的地址空间，初始化ring并回复connected消息，之后就能进行数据报文传输。如果接口状态出现异常，无论是master还是slave，都可以随时发送断开连接请求。
| Option | Description | Default | Valid value |
|---|---|---|---|
| id=0 | Used to identify peer interface | 0 | uint32_t |
| role=server | Set memif role | client | server|client |
| bsize=1024 | Size of single packet buffer | 2048 | uint16_t |
| rsize=11 | Log2 of ring size. If rsize is 10, actual ring size is 1024 | 10 | 1-14 |
| socket=/tmp/memif.sock | Socket filename | /tmp/memif.sock | string len 108 |
| socket-abstract=no | Set usage of abstract socket address | yes | yes|no |
| owner-uid=1000 | Set socket listener owner uid. Only relevant to server with socket-abstract=no | unchanged | uid_t |
| owner-gid=1000 | Set socket listener owner gid. Only relevant to server with socket-abstract=no | unchanged | gid_t |
| mac=01:23:45:ab:cd:ef | Mac address | 01:23:45:ab:cd:ef | |
| secret=abc123 | Secret is an optional security option, which if specified, must be matched by peer | string len 24 | |
| zero-copy=yes | Enable/disable zero-copy client mode. Only relevant to client, requires ‘–single-file-segments’ eal argument | no | yes|no |
slave非零拷贝 vs slave零拷贝
slave配置成非零拷贝模式时，需要在slave内存空间中单独开辟一块内存区域，slave轮询读取从master发送过来的报文时，需要将报文从region的buffer中拷到memseg当中，slave往master发送报文时，需要先将报文拷贝到region当中，然后由master轮询读取。master去读写报文时，始终都需要内存拷贝。
slave配置成零拷贝模式时，buffers直接在slave的memseg上分配，slave进程直接操作buffer描述符即可，无需额外内存拷贝，只需要master进程读写报文时进行内存拷贝。
3. 总结
优点：
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高性能：memif基于共享内存的通信方式，可以在虚拟机和容器之间实现直接内存访问，从而实现低延迟和高吞吐量的数据传输。它提供了一种高效的网络传输机制，适用于需要处理大量数据的应用场景。
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灵活性：memif接口可用于不同的虚拟化平台和容器化环境，如KVM、Docker、OpenStack等。这使得它成为构建可扩展和灵活网络功能的理想选择。此外，它还支持多个应用程序之间的并发性，可以在同一主机上运行多个虚拟机或容器。
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安全性：memif通过共享内存实现虚拟机和容器之间的数据传输，避免了在物理网络中传输敏感信息的风险。这种机制可以确保数据的机密性和完整性，从而提高系统的安全性。
缺点：
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配置复杂性：由于memif接口能够连接多个应用程序，它的配置可能会比较复杂。需要确保正确配置和管理接口参数，以获得最佳性能和稳定性。
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限制：虽然memif在提供高性能的数据传输方面非常强大，但它可能并不适用于所有场景。在一些特殊情况下，可能需要考虑其他网络接口类型。
