用戶(hù)空間協(xié)議棧的移植與性能優(yōu)化.pdf

1、隨著通用多核處理器成為主流，使用高性能通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)處理成了除基于特殊硬件加速之外的另一種可行方案。使用通用多核平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅具有更高的靈活性，而且可以充分利用多核處理器豐富的計(jì)算資源獲得高速處理能力，但需要解決通用操作系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低效的問(wèn)題。內(nèi)核旁路的高速收發(fā)包引擎有效地解決了系統(tǒng)底層的包輸入/輸出瓶頸，為一些基于原始包流進(jìn)行特殊應(yīng)用處理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來(lái)了性能提升。但是，一些需要完整協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法從中獲益，迫

2、切需要開(kāi)發(fā)一套在用戶(hù)空間高效實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。用戶(hù)空間協(xié)議棧不僅可以方便協(xié)議的定制，而且有利于針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行性能優(yōu)化，因而特別適用于專(zhuān)用高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
　　本文基于一個(gè)開(kāi)源的用戶(hù)空間協(xié)議棧LWIP，結(jié)合內(nèi)核旁路的高速收發(fā)包引擎PSIO，在Linux上移植并優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能的用戶(hù)空間協(xié)議棧，并在多核處理器上進(jìn)行了并行化。本文工作包括LWlP移植與LWIP性能優(yōu)化兩大部分。在移植方面，基于LWIP的多線(xiàn)程應(yīng)用模型和PSIO結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于用戶(hù)空間協(xié)議棧的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，改進(jìn)了LWIP的系統(tǒng)線(xiàn)程模型，并基于核親和性原則實(shí)現(xiàn)了并行化，通過(guò)封裝PSIO的接口庫(kù)實(shí)現(xiàn)了LWIP的收發(fā)包模塊，并基于POSIX線(xiàn)程庫(kù)實(shí)現(xiàn)了LWIP的操作系統(tǒng)抽象層。以上工作實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的用戶(hù)空間協(xié)議棧，充分利用了高速收發(fā)包引擎和多核硬件特性。在性能優(yōu)化方面，使用哈希表有效提高了LWlP中的PCB查找效率，使用兩級(jí)時(shí)間輪提高了定時(shí)器管理的效率，使用細(xì)粒度資源鎖提高了系統(tǒng)的并發(fā)性。