4. 性能基准指标体系

在 DPU 性能基准测试中，最容易出现的问题不是“测不出来”，而是“测出来的数字对不上”。同一块 Marvell DPU，A 团队报告 200 Gbps 吞吐，B 团队却只有 120 Gbps，差异往往不在硬件，而在指标定义与采集口径。本节把 DPU 基准中最常用的七类指标逐一拆开：它们分别度量什么、在什么位置采集、用什么公式计算、哪些边界条件会让数字失真。

吞吐：区分 L1 与 L2 口径

吞吐（Throughput）描述单位时间内成功传输的数据量，单位通常是 Gbps 或 Mbps。DPU 场景下必须明确是线速吞吐（L1）还是有效载荷吞吐（L2/L3）。以 100GbE 端口为例，L1 线速为 100 Gbps，但扣除以太网前导码（7B）、SFD（1B）、帧间隙 IFG（12B）以及 CRC（4B）后，L2 有效吞吐上限约为 100 × 1500/1538 ≈ 97.5 Gbps（以 1500B 帧计）。若测试工具按 L2 统计而报告方按 L1 宣称，就会出现约 2.5% 的系统性偏差。

采集口径上，推荐以接收端成功交付到目标队列的字节数为分子，以测试持续时间为分母。发送端计数会包含重传与丢弃，不能作为吞吐依据。对于双向测试，应分别报告 TX 与 RX，避免用“双向之和”掩盖单向瓶颈。

时延：单向与往返必须声明

时延（Latency）是报文从进入测量点到离开测量点的时间差。DPU 基准中常见三种口径：

• 端口到端口时延：报文进入 ingress 端口到从 egress 端口发出的时间，反映转发路径开销；
• 应用层时延：从 socket 写入到对端 socket 读出的时间，包含协议栈与驱动开销；
• 往返时延 RTT：请求发出到响应返回，通常是单向时延的两倍加处理时间。

采集方式推荐硬件时间戳（PTP/硬件打点），精度可达纳秒级；软件时间戳受中断合并、调度抖动影响，误差常在微秒级。报告时必须写明：测量点位置、是否含协议栈、是否开启 offload。例如“DPU 转发时延 8 μs”若不说明是端口到端口还是 socket 到 socket，读者无法复现。

抖动：时延的稳定性度量

抖动（Jitter）描述时延的波动程度，常用指标有峰峰值抖动（最大时延减最小时延）和相邻包时延差（IPDV，RFC 3393）。对 DPU 而言，抖动比平均时延更能反映调度、队列和中断处理的稳定性。采集时建议连续采样至少 10 万个报文，输出 P50、P99、P99.9 和最大值。若 P99.9 远高于 P50，说明存在长尾，通常与中断合并、NUMA 跨节点访问或流表 miss 有关。

PPS：小包场景的核心指标

PPS（Packets Per Second）是每秒处理报文数，决定 DPU 在 64B 小包下的转发能力。它与吞吐的关系为：吞吐 = PPS × 平均帧长 × 8。64B 帧的 L1 线速下，100GbE 对应约 148.8 Mpps。测试 PPS 时必须固定帧长，并区分单向 PPS与双向 PPS。很多 DPU 在 64B 小包下受限于包处理流水线而非带宽，因此 PPS 往往先于吞吐达到瓶颈。

连接数：有状态转发的容量边界

连接数（Connections）指 DPU 同时维护的流表或会话条目数，常见于防火墙、NAT、负载均衡等有状态场景。采集口径包括：已建立连接数、新建连接速率（CPS）、并发连接上限。测试时需明确连接老化时间、是否启用硬件卸载。例如流表卸载到硬件后，连接数上限由 TCAM/SRAM 容量决定；未卸载时受 CPU 与内存限制。报告应给出“在 X 万并发下，新建速率仍能维持 Y CPS”这样的组合结论。

带宽利用率：链路效率的直观表达

带宽利用率 = 实际吞吐 / 链路理论带宽 × 100%。它本身不是独立指标，而是吞吐的归一化表达。需要注意的是，利用率的分母应明确是 L1 还是 L2。若按 L1 计算，64B 小包在 100GbE 上即使达到 148.8 Mpps，利用率也只有约 100%；但若按 L2 有效载荷计算，利用率会显著下降。因此带宽利用率必须与帧长、口径一起报告。

CPU 周期/包：能效与卸载效果的关键

CPU 周期/包（Cycles per Packet）衡量 DPU 处理每个报文消耗的 CPU 周期数，是评估卸载效率的核心指标。计算公式为：

Cycles/Packet = (CPU 频率 × 测量时间 × CPU 占用率) / 处理报文总数

例如某 ARM 核运行在 2.2 GHz，测量 10 秒，CPU 占用率 35%，处理了 1.2 亿个包，则 Cycles/Packet = (2.2e9 × 10 × 0.35) / 1.2e8 ≈ 64.2。该值越低，说明硬件卸载越充分。采集时需固定 CPU 频率（关闭调频）、绑定核心、排除其他进程干扰。若开启硬件卸载后该值从 200 降到 60，即可量化卸载收益。

指标之间的耦合关系

这七类指标并非孤立。吞吐与 PPS 通过帧长耦合；时延与抖动共同描述转发质量；连接数决定有状态场景的容量上限；CPU 周期/包则解释“为什么吞吐上不去”。在基准报告中，建议以帧长为横轴，同时给出吞吐、PPS、时延、Cycles/Packet 四条曲线，才能完整刻画 DPU 的性能轮廓。例如 64B 时 PPS 接近线速但吞吐低，1518B 时吞吐接近线速但 PPS 低，两者交叉点往往对应最优帧长区间。

一个可复用的采集记录表示例

下表给出一次 100GbE 双向转发测试的记录模板，字段可根据实际场景增删。示例中的数值为教学假设，用于说明填写方式。

填写时注意：吞吐与 PPS 必须来自同一轮测试，否则帧长与负载不一致会导致交叉验证失败；时延与抖动应来自同一组时间戳样本；连接数测试需单独设计，避免与吞吐测试相互干扰。只有口径统一，DPU 基准数据才具备横向对比和容量规划的价值。