XDP 或 eXpress Data Path 在 Linux 内核中提供高性能、可编程的网络数据路径。
XDP 在软件堆栈的最低点提供裸机数据包处理，这使得它非常适合在不影响可编程性的情况下提高速度。
无需修改内核即可通过集成的快速路径动态实现新功能。
XDP 数据包进程包括一个内核组件，该组件通过功能接口直接从驱动程序处理 RX 数据包页面，而无需提前分配 skbuff 或软件队列。 通常，每个 RX 队列分配一个 CPU，但在此模型中，没有锁定 RX 队列，CPU 可以专用于忙轮询或中断模型。
BPF 程序执行诸如数据包解析、表查找、创建/管理有状态过滤器、封装/去封装数据包等处理。
BPF 的可扩展性与数据包检查和操作功能、流和表查找以及利用可移植到用户空间和其他操作系统的 BPF 程序的应用程序处理保持完整。
用例包括
○ 堆栈前处理，如过滤以进行 DOS 缓解
○ 转发和负载均衡
○ 批处理技术，例如通用接收卸载
○ 流量采样、监测
○ ULP 处理（例如消息描述）
如果传统的内核网络堆栈是高速公路，则内核旁路是建立高速列车基础设施的建议，而 XDP 是在高速公路上增加拼车车道的建议。
提高性能的技术
- 无锁
- 批量 I/O 操作
- 忙轮询
- 直接队列访问
- 页面回收，尽可能避免页面分配/空闲
- 无元数据（skbuff）分配的数据包处理
- 高效的表（流状态）查找
- 数据包导向
- 孤立处理，最大限度地减少跨 CPU/NUMA 节点操作
- RX 流哈希
- 常见的 NIC 卸载
- 明智的缓存预取，DDIO
一些硬件要求
- 多队列网卡
- 通用协议通用卸载
○ TX/RX 校验和卸载
○ 接收端缩放 (RSS)
○ 传输分段卸载 (TSO)
- LRO、aRFS、来自设备的流散列是“不错的选择”
XDP数据包处理器：
- 在处理 RX 数据包的内核组件中
- 直接从驱动程序处理 RX “packet-pages”
○ 功能界面
○ 没有提前分配 skbuff，没有 SW 队列
- 名义上为每个 RX 队列分配一个 CPU
○ 无锁RX队列
○ CPU 可以专用于忙轮询或使用中断模式
- BPF 程序执行处理
○ 解析数据包
○ 执行表查找，创建/管理有状态过滤器
○ 操作数据包（例如用于封装/去封装）
○ 退货操作
基本的 XDP 数据包处理器操作
- 转发
○ 可能在数据包修改之后（例如 NAT、ILA 路由器）
○ TX 队列是同一个 CPU 独占的，所以不需要锁
- 丢弃
○ 只是从函数中返回错误
○ 驱动回收页
- 正常接收
○ 分配 skbuff 并接收到堆栈
○ 将数据包转向另一个 CPU 进行处理
○ 允许用户空间的“原始”接口，如 AF_PACKET、netmap
- 通用接收卸载
○ 合并相同连接的数据包
○ 执行大数据包的接收
可编程性
- 数据包检查，BPF 程序发现的动作
○ 灵活（无循环）协议头解析
○ 可能由于流查找而有状态
○ 简单的包字段重写（encap/decap）
- 优化查找
○ 流查找（例如使用设备提供的流哈希）
○ 固定长度查找（例如，ILA 的 64 位标识符查找）
○ 有状态，使临时状态（例如 GRO 需要）
- 可扩展模型
○ 应用程序处理（例如应用层协议 GRO）
○ 利用正在进行的工作将 BPF 卸载到 HW
○ BPF 程序可以移植到用户空间或其他操作系统
依赖关系
主要依赖项是 libbpf、llvm、clang 和 libelf。 LLVM+clang 将我们的受限 C 程序编译成 BPF 字节代码，该代码存储在一个 ELF 目标文件 (libelf) 中，由 libbpf 通过 bpf 系统调用加载到内核中。 一些课程还使用 perf 实用程序通过跟踪点跟踪内核行为。