pktgen使用简明教程

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网上有很多讲解pktgen的文章，但总是不够全面细致，看完之后自己还是不会写pktgen测试脚本，为此本文对pktgen进行详细的阐述，让大家看完本文后能够自己动手写pktgen shell.

简介

pktgen是一个位于linux内核层的高性能网络测试工具，由瑞士皇家理工大学的TSlab实验室的Robert Olsson开发的（现在应该不在皇家理工了），主要用来测试网络驱动与网卡设备，支持多线程，能够产生随机mac地址、IP地址、UDP端口号的数据包，pktgen 的作者使用多CPU处理器在不同的PCI总线（pci 、pcie等总线）上用千兆以太网卡做过测试（pktgen的表现依赖于CPU处理速率、内存延时、pci总线速率等硬件参数），发送数据速率甚至可以大于10GBit/s。可见是可以满足大多数的网卡等测试需求。

pktgen的配置与统计信息查看都使用/proc文件系统完成，/proc文件系统是一种特殊的，有软件创建的文件系统，内核使用/proc文件系统向外界导出信息，外界也可以通过它配置内核态的一些进程的参数，如ps top uptime等linux发行版中的很多工具就是通过/proc实现的.在大多情况下，我们只用/proc读出数据（用于调试内核驱动等），而在pktgen中配置命令就用到了/proc的写入数据功能。

发包实验

现在版本的linux发行版大多加入了pktgen，使用以下命令加载pktgen模块：


然后你将在你的电脑的/proc/net/pktgen看到以下文件：

```shell
kpktgend_0  kpktgend_1  kpktgend_2  kpktgend_3  pgctrl

其中kpktgen_*的多少是根据你的CPU的个数决定的，如我的机子的CPU数目为4,则有四个此文件。

通过命令cat /proc/net/pktgen/pgctrl可以查看pktgen的版本等信息：

# cat /proc/net/pktgen/pgctrl
Packet Generator for packet performance testing. Version: 2.74

中断亲和力

当使用某个线程（kpktgend_x）通过某个端口（ethx）发送（接受）数据时，我们应该把这个端口所对应的中断绑定到某一个CPU上，从而防止CPU的变动（操作系统引起的）导致CPU缓存的丢失。具体做法如下

首先，通过以下命令查看ethx所对应的中断，在这里我们以eth3为例

# cat /proc/interrupts | grep eth3
47: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-0
48: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-1
49: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-2
50: 45836 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3-TxRx-3
51: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge eth3:lsc

由上可以看出eth3使用了五个中断号，为47-51，我们在这里将其都绑定在CPU0上

# echo 1 /proc/irq/47/smp_affinity
# echo 1 /proc/irq/48/smp_affinity
# echo 1 /proc/irq/49/smp_affinity
# echo 1 /proc/irq/50/smp_affinity
# echo 1 /proc/irq/51/smp_affinity

当然若你分开绑定的话，在大数据流的时候可以均摊CPU的负担，可能对最高性能有所提升，具体就不清楚了，这个应该还和Intel网卡的多队列相关了，有关分析有待进一步实验。Robert测试结果说明，正确的中断亲和力绑定，对发送速率有60%的提升。

  • clone_skb：限制内存的分配(clone_skb应该只是复制skb的结构体，不复制数据区) 此部分还没有看懂，应该是跟cpu高速缓存相关，先放着，不懂并不影响后面的实验。

  • 延时：减小发送速率 在发送一个数据包后延时一会，延时的单位是ns级，从而达到减小发送速率的目的。若延时时间大于发送时间，应该是可以通过此功能达到每秒发送特定数据包个数的效果，即安特定的频率发送数据包。

实验环境

实验拓扑如下

1
+-----------+           +-----------+
2
| Host1     |           |  Host2     |
3
|       eth1 +-----------+nf0       |
4
|           |           |           |
5
|           |           |           |
6
7
+-----------+           +-----------+

首先我们看下一个简单代码，对pktgen的shell 控制有个直观感受，你可以先试着看看此代码，也可以直接跳过，先看看下面的内容，然后再回过来看此代码

#!/bin/sh
# pktgen.conf -- Sample configuration for send on two devices on a UP system

#modprobe pktgen

if [[ lsmod | grep pktgen == "" ]];then
   modprobe pktgen
fi

if [[ $1 == "" ]];then
   pktsize=550
else
   pktsize=$1
fi

function pgset() {
    local result

    echo $1 > $PGDEV

    result=cat $PGDEV | fgrep "Result: OK:"
    if [ "$result" = "" ]; then
         cat $PGDEV | fgrep Result:
    fi
}

function pg() {
    echo inject > $PGDEV
    cat $PGDEV
}

# On UP systems only one thread exists -- so just add devices
# We use eth1, eth1

echo "Adding devices to run".

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth1"
pgset "max_before_softirq 1"

# Configure the individual devices
echo "Configuring devices"

PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1

pgset "clone_skb 1000"
pgset "pkt_size $pktsize"
pgset "src_mac 00:1B:21:90:4B:E4"
pgset "flag IPSRC_RND"
pgset "src_min 10.0.0.2"
pgset "src_max 10.0.0.255"
pgset "dst 10.0.0.1"
pgset "dst_mac  00:4E:46:31:30:00"
pgset "count 0"

# Time to run

PGDEV=/proc/net/pktgen/pgctrl
echo "pkgsize:$pktsize"
echo "Running... ctrl^C to stop"

pgset "start"

echo "Done"

配置实例

通过/proc接口配置pktgen,首先为了方便起见定义两个配置函数

function pgset() {
    local result

    echo $1 > $PGDEV

    result=cat $PGDEV | fgrep "Result: OK:"
    if [ "$result" = "" ]; then
         cat $PGDEV | fgrep Result:
    fi
}

function pg() {
    echo inject > $PGDEV
    cat $PGDEV
}

pktgen.conf-1 ：在当CPU系统中将eth1 eth2 绑定到线程0,部分代码如下

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth1"
pgset "add_device eth2"

pktgen.conf-2: eth1使用线程0 eth2使用线程1发送,部分代码如下

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth1"

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth2"

pktgen.conf-3:在双cpu系统中 eth1 eth2都使用线程0发送,部分代码如下

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth1"
pgset  "add_device eth2"

PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1
pgset "rem_device_all"

pktgen.conf-4：用于Dos测试的脚本，注意clone_skb 0,部分代码如下

PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1
pgset "clone_skb 0"
pgset "flag IPDST_RND"
pgset "dst_min 10.0.0.0"
pgset "dst_max 10.255.255.255"

pktgen.conf-5：用于路由流测试的脚本，同样注意 clone_skb 0

PGDEV=/proc/net/pktgen/eth1
pgset "clone_skb 0"
pgset "flag IPDST_RND"
pgset "dst_min 10.0.0.0"
pgset "dst_max 10.255.255.255"
#8k concurrent flows at 4 pkts
pgset "flows 8192"
pgset "flowlen 4"

完整示例

#Script contributed by Grant Grundler
# 
# Note! 10 devices
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_0
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth3"
pgset "add_device eth5"
pgset "add_device eth7"
pgset "add_device eth9"
pgset "add_device eth11"
pgset "max_before_softirq 10000"
PGDEV=/proc/net/pktgen/kpktgend_1
pgset "rem_device_all"
pgset "add_device eth2"
pgset "add_device eth4"
pgset "add_device eth6"
pgset "add_device eth8"
pgset "add_device eth10"
pgset "max_before_softirq 10000"
# Configure the individual devices
for i in 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
do
PGDEV=/proc/net/pktgen/eth$i
echo "Configuring $PGDEV"
pgset "clone_skb 500000"
pgset "min_pkt_size 60"
pgset "max_pkt_size 60"
pgset "dst 192.168.3.10$i"
pgset "dst_mac 01:02:03:04:05:0$i"
pgset "count 0"
done
echo "Running... CTRL-C to stop"
PGDEV=/proc/net/pktgen/pgctrl
pgset "start"
tail -2 /proc/net/pktgen/eth*

参考

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