用戶態(tài)并行協(xié)議棧關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展促使網(wǎng)絡(luò)帶寬和流量不斷增大，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的處理能力容易成為系統(tǒng)總體性能的瓶頸。對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，系統(tǒng)調(diào)用、內(nèi)存拷貝和冗余的協(xié)議處理流程的開銷可能成為制約協(xié)議棧處理能力的因素。把協(xié)議棧構(gòu)建在用戶空間是協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)的另一種思路，可以很大程度上減少操作系統(tǒng)的額外開銷和內(nèi)存拷貝開銷，且定制靈活。本文從以下兩個(gè)方面研究了用戶態(tài)協(xié)議棧構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 首先，本文研究了用戶態(tài)協(xié)議棧的消息通信機(jī)制。用戶態(tài)協(xié)議棧受

2、兩種消息流驅(qū)動(dòng)運(yùn)行：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包消息流和socket請(qǐng)求消息流，這形成了一個(gè)多生產(chǎn)者單消費(fèi)者的模型，本文設(shè)計(jì)了特定的環(huán)形消息隊(duì)列來(lái)支撐消息通信機(jī)制。但是在大流量數(shù)據(jù)環(huán)境下，多個(gè)生產(chǎn)者對(duì)于環(huán)形消息隊(duì)列的加鎖同步開銷將會(huì)十分可觀。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出了改進(jìn)的環(huán)形消息隊(duì)列互斥算法，利用原子操作代替開銷昂貴的互斥鎖，在需要頻繁對(duì)環(huán)形消息隊(duì)列進(jìn)行判空或判滿操作的場(chǎng)合能取得較好的效果。在改進(jìn)互斥算法的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)消息通信機(jī)制的無(wú)鎖化架構(gòu)，

3、通過(guò)輪詢調(diào)度的思想來(lái)取代互斥鎖的頻繁使用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。
　　 接著，本文研究了用戶態(tài)協(xié)議棧的并行處理技術(shù)。隨著多核多處理器架構(gòu)的普及，如果協(xié)議棧采用單線程串行處理流程，勢(shì)必不能發(fā)揮處理器強(qiáng)大的計(jì)算能力。本文設(shè)計(jì)了用戶態(tài)協(xié)議棧的并行處理架構(gòu)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)包四元組哈希的方式把數(shù)據(jù)包分發(fā)到特定的協(xié)議棧線程中處理，從而實(shí)現(xiàn)了連接級(jí)別的協(xié)議棧并行。利用Linux內(nèi)核提供的處理器“硬親緣力”特性，設(shè)計(jì)了用戶態(tài)協(xié)議棧的處理器負(fù)