基于通用多核平臺(tái)的高速網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著萬(wàn)兆鏈路進(jìn)入實(shí)際部署以及數(shù)據(jù)包處理功能迅速向協(xié)議棧高層轉(zhuǎn)移，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的處理能力正面臨越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要依靠專用硬件（如ASIC、網(wǎng)絡(luò)處理器）達(dá)到高性能。但是硬件方案可編程性差，只能承擔(dān)簡(jiǎn)單的包處理功能。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日趨復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的處理任務(wù)正從簡(jiǎn)單的包轉(zhuǎn)發(fā)、包過(guò)濾演變到深度數(shù)據(jù)包檢查、網(wǎng)絡(luò)異常檢測(cè)、基于內(nèi)容的交換、數(shù)據(jù)加密等復(fù)雜功能。這種深度的包處理要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供更多的計(jì)算能力和編程靈活性。
　　自

2、雙核處理器出現(xiàn)后，通用多核處理器的發(fā)展令人矚目。目前通用多核處理器的核數(shù)已經(jīng)接近、甚至超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)處理器中計(jì)算單元的數(shù)量，其高層協(xié)議處理能力更是專用硬件無(wú)法比擬的?；谕ㄓ枚嗪似脚_(tái)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已成為目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界感興趣的研究課題。然而通用多核平臺(tái)并不是為網(wǎng)絡(luò)處理而設(shè)計(jì)，將它應(yīng)用于高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面臨諸多難題，比如缺乏高效的核間通信機(jī)制，通用操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)不夠高效，網(wǎng)絡(luò)程序的并行化方法沒(méi)有先例可借鑒，等等。
　　本論文系統(tǒng)研究基

3、于通用多核平臺(tái)構(gòu)建高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)，并在Intel通用多核平臺(tái)和Linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原型。本論文從構(gòu)建一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)視系統(tǒng)入手，研究并實(shí)現(xiàn)流水線并行模型、高效的核間通信機(jī)制、基于無(wú)鎖設(shè)計(jì)的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、串行代碼到并行代碼的轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)。
　　本論文的主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)結(jié)合流水線并行和任務(wù)級(jí)并行模型，在Intel通用多核平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能的流量監(jiān)視系統(tǒng)原型。該系統(tǒng)原型可達(dá)到2G

4、bps應(yīng)用層處理能力。
　　(2)針對(duì)流水線并行模型中最關(guān)鍵的流水線級(jí)間通信問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單、高效且實(shí)用的單生產(chǎn)者/單消費(fèi)者并發(fā)無(wú)鎖隊(duì)列B-Queue。B-Queue性能與已有同類算法相同，且在真實(shí)環(huán)境中性能穩(wěn)定。
　　(3)針對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)共享難有有效解決方案的問(wèn)題，提出面向特定應(yīng)用設(shè)計(jì)定制化無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的解決思路和方法，并運(yùn)用到一個(gè)具體的TCP SYN洪泛攻擊檢測(cè)應(yīng)用程序中，為將無(wú)鎖設(shè)計(jì)思想運(yùn)用到具體的程序設(shè)計(jì)