浅谈NAPI

什么是NAPI？

NAPI是linux新的网卡数据处理API，用于提高网络处理效率。外部设备与中央处理器交互一般有两种手段：轮询和中断。中断看似很高效，但是却会遗漏一些数据，避免遗漏的机制要么由硬件实现要么由上层的软件实现，而轮询就没有中断高效了，它会做很多徒劳的操作，而且必须引入暂存机制，就是说由于cpu不可能在每次查询硬件的时候正好有事情可做，但轮询不会遗漏请求。当外部设备活跃时，频繁的中断会导致大量的CPU开销，此时最好用轮询，但是外设活动很缓和的时候，轮询将会浪费CPU资源。无论设备是否发生状态改变，轮询总在进行。在实际情况中，大多数设备的状态改变通常不会那么频繁，轮询空转将白白浪费CPU时间片。NAPI是两者的结合，数据量低时采用中断，数据量高时采用轮询。平时是中断方式，当有数据到达时，会触发中断处理函数执行，中断处理函数关闭中断开始处理。如果此时有数据到达，则没必要再触发中断了，因为中断处理函数中会轮询处理数据，直到没有新数据时才打开中断。

使用 NAPI 先决条件

驱动可以继续使用老的 2.4 内核的网络驱动程序接口，NAPI 的加入并不会导致向前兼容性的丧失，但是 NAPI 的使用至少要得到下面的保证：

1.         要使用 DMA 的环形输入队列（也就是 ring_dma，这个在 2.4 驱动中关于 Ethernet 的部分有详细的介绍），或者是有足够的内存空间缓存驱动获得的包。

2.         在发送/接收数据包产生中断的时候有能力关断 NIC 中断的事件处理，并且在关断 NIC 以后，并不影响数据包接收到网络设备的环形缓冲区（以下简称 rx-ring）处理队列中。

NAPI 对数据包到达的事件的处理采用轮询方法，在数据包达到的时候，NAPI 就会强制执行dev->poll 方法。而和不像以前的驱动那样为了减少包到达时间的处理延迟，通常采用中断的方法来进行。

NAPI和非NAPI的区别

1、支持NAPI的网卡驱动必须提供轮询方法poll()。

2、非NAPI的内核接口为netif_rx()，NAPI的内核接口为napi_schedule()。

3、非NAPI使用共享的CPU队列softnet_data->input_pkt_queue，NAPI使用设备内存(或者设备驱动程序的接收环)。

以下是非NAPI设备和NAPI设备的数据包接收流程对比图：

 NAPI 的缺陷

1. 不能及时处理数据包，随着数据包到达速度的增加，会消耗大量的内存。
2. 对于大数据包低速率的情况，接收中断就会急剧增加，直到最后每个数据包都需要一次 POLL 的方法来进行处理，最后的结果就是每个中断都需要一次 POLL 的方法，最后造成效率的急剧下降，以至于系统的效率就会大大降低。

因此，NAPI 并不是改善网络效率的唯一途径，只适用于大量的数据包而且尽可能是小的数据包，根本的解决途径还是在于上层应用程序能够独占网络设备，或者是提供大量的缓冲资源。

文章为整理相关资料写成，详细参考

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-napi/

https://www.cnblogs.com/ck1020/p/5939829.html

https://blog.csdn.net/bingqingsuimeng/article/details/7858119

https://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/21627963