用戶空間協(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，使用高性能通用計算機實現(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。使用通用多核平臺實現(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)實現(xiàn)低效的問題。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行特殊應(yīng)用處理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來了性能提升。但是，一些需要完整協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法從中獲益，迫

2、切需要開發(fā)一套在用戶空間高效實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。用戶空間協(xié)議棧不僅可以方便協(xié)議的定制，而且有利于針對特定應(yīng)用進行性能優(yōu)化，因而特別適用于專用高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
　　本文基于一個開源的用戶空間協(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)化實現(xiàn)了一個高性能的用戶空間協(xié)議棧，并在多核處理器上進行了并行化。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的多線程應(yīng)用模型和PSIO結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計實現(xiàn)了基于用戶空間協(xié)議棧的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，改進了LWIP的系統(tǒng)線程模型，并基于核親和性原則實現(xiàn)了并行化，通過封裝PSIO的接口庫實現(xiàn)了LWIP的收發(fā)包模塊，并基于POSIX線程庫實現(xiàn)了LWIP的操作系統(tǒng)抽象層。以上工作實現(xiàn)了一個完整的用戶空間協(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，使用兩級時間輪提高了定時器管理的效率，使用細粒度資源鎖提高了系統(tǒng)的并發(fā)性。