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网络数据缓冲区管理

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缓冲区管理是一项功能，它使网络接口卡 (NIC) 客户端驱动程序和操作系统在从系统内存为发送 (Tx) 和接收 (Rx) 数据路径分配数据包缓冲区时能够协同工作。 这可以提高 NIC 的性能，简化 NIC 客户端驱动程序的内存生命周期管理，同时增强系统对内存的控制。

NetAdapterCx 中缓冲区管理的优点

选择从系统内存中为数据包有效负载分配数据缓冲区的位置，对数据路径的性能至关重要。 在 NetAdapterCx 中，缓冲区管理模型针对支持 DMA 的 NIC 硬件进行了优化，客户端驱动程序利用该模型的最佳方式是让系统代表它们为 Tx 和 Rx 路径分配数据缓冲区。 但是，客户端驱动程序仍可影响系统分配数据缓冲区的位置和方式，以便客户端硬件能轻松使用这些缓冲区。

以具有 DMA 功能的典型网卡为例。 这种方法有几个好处：

  1. 数据缓冲区由系统分配和释放。 因此，客户端驱动程序可以摆脱内存生命周期管理的负担。
  2. 系统会根据客户端驱动程序声明的功能，确保分配的数据缓冲区已为 NIC 硬件准备好 DMA。 然后，客户端驱动程序只需将数据缓冲区按原样编程到硬件中，而无需执行任何额外的 DMA 映射操作。
  3. 在分配数据缓冲区时，系统可以考虑上层应用程序的需求，从而决定优化全局端到端性能，而不是只优化本地端到端性能。

对于不支持 DMA 的 NIC（如基于 USB 的网络硬件保护装置）或其他高级/软件 NIC，缓冲区管理模式还提供了一个选项，即完全由客户端驱动程序来管理数据缓冲区。

如何利用缓冲区管理

重要

如果硬件支持 DMA，则需要在设置 Rx 和 Tx 功能之前创建一个 WDFDMAENABLER 对象。 使用 WDF_DMA_ENABLER_CONFIG 结构来配置 WDFDMAENABLER 对象时，请确保将 WdmDmaVersionOverride 成员设置为 3，以指定 DMA 版本 3。

要选择缓冲区管理，请按照以下步骤操作：

  1. 启动网络适配器时，要在调用 NetAdapterStart 之前使用 NET_ADAPTER_RX_CAPABILITIES 和 NET_ADAPTER_TX_CAPABILITIES 数据结构分别告诉系统有关 Rx 和 Tx 路径的硬件数据缓冲区功能和限制。
  2. 调用其中一个初始化函数，以便初始化两个功能结构。 例如，支持 DMA 的 NIC 客户端驱动程序将使用 NET_ADAPTER_TX_CAPABILITIES_INIT_FOR_DMA 和 NET_ADAPTER_RX_CAPABILITIES_INIT_SYSTEM_MANAGED_DMA 来声明其硬件 DMA 能力，并指示系统完全代为管理数据缓冲区。
  3. 将初始化的 Tx 和 Rx 功能结构传递给 NetAdapterSetDatapathCapabilities 方法。

示例

以下示例说明了如何在 NIC 客户端驱动程序中使用缓冲区管理器的基本步骤。 该示例的 Tx 和 Rx 均使用 DMA，因此之前创建了一个 WDFDMAENABLER 对象，并将其存储在设备上下文空间中。

请注意，在初始化 Tx 和 Rx 功能结构后，该示例还设置了一些有关片段缓冲区的提示。 NetAdapterCx 和协议驱动程序可以使用这些提示来提高性能。

为清晰起见，此处省略了错误处理。

VOID
MyAdapterSetDatapathCapabilities(
    _In_ NETADAPTER Adapter
)
{
    // Get the device context
    PMY_DEVICE_CONTEXT deviceContext = GetMyContextFromDevice(Adapter);

    // Set various capabilities such as link layer MTU size, link layer capabilities, and power capabilities
    ...   

    // Initialize the Tx DMA capabilities structure
    NET_ADAPTER_DMA_CAPABILITIES txDmaCapabilities;
    NET_ADAPTER_DMA_CAPABILITIES_INIT(&txDmaCapabilities,
                                      deviceContext->dmaEnabler);

    // Set Tx capabilities
    NET_ADAPTER_TX_CAPABILITIES txCapabilities;
    NET_ADAPTER_TX_CAPABILITIES_INIT_FOR_DMA(&txCapabilities,
                                             &txDmaCapabilities,
                                             1);
    txCapabilities.FragmentRingNumberOfElementsHint = deviceContext->NumTransmitControlBlocks * MAX_PHYS_BUF_COUNT;
    txCapabilities.MaximumNumberOfFragments = MAX_PHYS_BUF_COUNT;

    // Initialize the Rx DMA capabilities structure
    NET_ADAPTER_DMA_CAPABILITIES rxDmaCapabilities;
    NET_ADAPTER_DMA_CAPABILITIES_INIT(&rxDmaCapabilities,
                                      deviceContext->dmaEnabler);

    // Set Rx capabilities
    NET_ADAPTER_RX_CAPABILITIES rxCapabilities;
    NET_ADAPTER_RX_CAPABILITIES_INIT_SYSTEM_MANAGED_DMA(&rxCapabilities,
                                                        &rxDmaCapabilities,
                                                        MAX_PACKET_SIZE + FRAME_CRC_SIZE + RSVD_BUF_SIZE,
                                                        1);
    rxCapabilities.FragmentBufferAlignment = 64;
    rxCapabilities.FragmentRingNumberOfElementsHint = deviceContext->NumReceiveBuffers;

    // Set the adapter's datapath capabilities
    NetAdapterSetDatapathCapabilities(Adapter, 
                                      &txCapabilities, 
                                      &rxCapabilities);
}