基于零拷貝的高效網(wǎng)絡(luò)報文傳輸機(jī)制研究.pdf

1、在計算機(jī)應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，如高性能的計算機(jī)通信系統(tǒng)，高性能的路由器設(shè)計，高速網(wǎng)絡(luò)防火墻，高效的網(wǎng)絡(luò)報文傳輸技術(shù)被廣泛使用，特別是在高速網(wǎng)絡(luò)下的實時入侵檢測已經(jīng)成為這個研究領(lǐng)域的一個熱點和難點。而如何在千兆環(huán)境下實現(xiàn)實時的報文捕獲，并提高協(xié)議棧還原速度是提高入侵檢測能力的一個關(guān)鍵技術(shù)。此項技術(shù)能夠極為有效地提高計算機(jī)資源利用效率，從而有效地提高網(wǎng)絡(luò)報文傳輸?shù)耐掏侣?。無形之中就節(jié)省了大量的硬件設(shè)備以及管理資源。因此高效的網(wǎng)絡(luò)報文傳輸技術(shù)具有重

2、要的理論研究價值。
　　 本文針對高效網(wǎng)絡(luò)報文傳輸技術(shù)著重研究了以下兩個問題：第一個問題是如何在現(xiàn)有的零拷貝系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上再進(jìn)一步提高它的性能。零拷貝的基本思想是實現(xiàn)將網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)傳遞到用戶態(tài)的過程中做到CPU的零參與，其核心的實現(xiàn)技術(shù)就是DMA數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)存映射。但是在現(xiàn)有的零拷貝的設(shè)計中，由于用戶層無法直接控制網(wǎng)卡，造成用戶層程序和內(nèi)核態(tài)程序之間存在著很多數(shù)據(jù)同步的問題，因此現(xiàn)有零拷貝的性能提高受到限制。本文在深入分析了現(xiàn)有

3、零拷貝的缺陷的基礎(chǔ)上，提出了基于網(wǎng)卡寄存器映射方案的零拷貝設(shè)計思想，從而將網(wǎng)卡的控制權(quán)從內(nèi)核轉(zhuǎn)移到了用戶態(tài)，使整個零拷貝系統(tǒng)的性能有了顯著的提高。
　　 第二問題是如何提供一個基于零拷貝的高效的協(xié)議還原方案。目前基于零拷貝的協(xié)議棧幾乎都是在用戶態(tài)提供一個獨立編寫的用戶層協(xié)議棧。同時，為了最大限度地發(fā)揮出現(xiàn)有服務(wù)器的多處理器的性能，有的設(shè)計方案會采用并行處理的協(xié)議棧設(shè)計方案。但由于用戶態(tài)協(xié)議棧的穩(wěn)定性差以及在高速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無法與