面向網(wǎng)絡服務的傳輸協(xié)議設計與任務調(diào)度優(yōu)化.pdf

1、隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高速長距離網(wǎng)絡被部署到當今的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。傳統(tǒng)的標準TCP傳輸協(xié)議一直在互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)主導地位，但其核心的加性增/乘性減擁塞控制策略不具可擴展性，成為影響高速長距離網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸效率的主要瓶頸。此外，標準TCP引入快速重傳機制以提升丟包恢復速度，但尾部丟包現(xiàn)象的出現(xiàn)導致大部分的丟包仍是通過耗時的超時重傳機制恢復，對互聯(lián)網(wǎng)應用的交互性能造成嚴重影響。與此同時，網(wǎng)絡服務系統(tǒng)的任務調(diào)度效率也是影響互聯(lián)網(wǎng)應用響應速率

2、的關(guān)鍵因素。如何提升傳輸協(xié)議的帶寬利用率、降低網(wǎng)絡時延以及提升服務任務響應速率成為時下的研究熱點。
　　本文圍繞面向網(wǎng)絡服務的傳輸協(xié)議設計及任務調(diào)度優(yōu)化策略展開研究，主要的研究內(nèi)容和貢獻如下:
　　1)針對高速長距離網(wǎng)絡中標準TCP傳輸效率低下的問題，本文以UDP為基礎，結(jié)合確定性丟包模型，設計了一種高速可擴展的應用層傳輸協(xié)議DCUDP。在數(shù)據(jù)傳輸方面，提出了一種Double Cubic速率控制算法，使用三次方程控制速率增長

3、以維持協(xié)議在不同容量網(wǎng)絡鏈路中的可擴展性;在丟包控制方面，引入了一種Random Loss Decrease丟包處理算法，通過隨機變化減速幅度和減速次數(shù)緩解了全局同步現(xiàn)象和連續(xù)丟包問題;最后，根據(jù)確定性丟包模型調(diào)整算法核心參數(shù)，保證了協(xié)議對實際網(wǎng)絡環(huán)境的適應性。
　　2)針對標準TCP使用丟包作為擁塞信號難以準確度量鏈路實際擁塞狀況的問題，本文設計了一種基于時延的高速擁塞控制算法DFTCP，該算法使用排隊時延結(jié)合丟包作為擁塞控制信

4、號，通過測量排隊時延和傳輸速率的變化，動態(tài)估算傳輸路徑上可用緩存的使用情況，并據(jù)此為數(shù)據(jù)流尋找合理的傳輸狀態(tài)穩(wěn)定點，使得數(shù)據(jù)流能夠在充分利用鏈路帶寬的同時減少不必要的丟包。
　　3)針對互聯(lián)網(wǎng)應用中廣泛出現(xiàn)的TCP尾部丟包現(xiàn)象，本文提出了一種DTLP尾部丟包恢復算法，該算法對尾部丟包模式進行細化，針對不同的模式發(fā)送不同個數(shù)和類型的探針包以觸發(fā)不同的TCP加速機制，實現(xiàn)對尾部丟包的加速恢復，有效減少了尾部丟包現(xiàn)象帶來的響應時延。

5、r>　　4)針對多核Linux網(wǎng)絡服務系統(tǒng)中自旋鎖沖突給任務響應速率帶來的影響，本文對Linux調(diào)度器的負載均衡模塊提出了三個層次的免鎖優(yōu)化方案:第一，基礎優(yōu)化，從代碼層面直觀地縮小程序的鎖沖突域;第二，調(diào)度行為優(yōu)化，將進程創(chuàng)建過程中因沒有獲得自旋鎖而不能被立即喚醒的新進程放入一個免鎖隊列中延遲喚醒以避免鎖沖突;第三，基于上層應用特征的參數(shù)調(diào)優(yōu)，以HTTP服務器為例，根據(jù)其服務進程的生命特征調(diào)整調(diào)度器的核心參數(shù)。
　　5)針對多核