基于眾核的可編程虛擬化路由器數(shù)據(jù)平面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)在擴(kuò)展性、安全性、高性能等方面的不足，激發(fā)人們對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)的研究熱情，而下一代互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)上互不兼容，因此需要一個(gè)同時(shí)支持多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)床?？删幊烫摂M化路由器不僅解決了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)共存的問題，還具備未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究所需的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、靈活可編程、高性能等特性。路由器作為網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，它的轉(zhuǎn)發(fā)性能是至關(guān)重要的。現(xiàn)代的高端路由器一般都采用控制平面與數(shù)據(jù)平面相分離的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面大多采用網(wǎng)絡(luò)眾核處理器，它不僅

2、擁有眾多的核心能完全并行的對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，而且還具有針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理進(jìn)行特殊優(yōu)化的協(xié)處理器，加快了數(shù)據(jù)包的處理速度。現(xiàn)有任務(wù)劃分方式不適合路由器這種功能單一的系統(tǒng)，而且現(xiàn)有的核資源分配方法也存在資源利用率低的情況，上述問題導(dǎo)致路由器的整體性能有待提升。針對(duì)上述問題，文章的主要研究?jī)?nèi)容包括以下兩方面:
　　 第一，文章通過任務(wù)劃分的方式提高了數(shù)據(jù)包處理的靈活性。合理的任務(wù)劃分能有效的提高數(shù)據(jù)包處理的靈活性和并行性能，文章將數(shù)據(jù)

3、包處理過程劃分成了3個(gè)主要模塊（解析、查找、轉(zhuǎn)發(fā)）和2個(gè)輔助模塊（上傳、控制），然后分配一定數(shù)量的眾核處理器核資源給各模塊并行執(zhí)行，這樣既加快了數(shù)據(jù)包的并行處理速度，也提高了可編程虛擬化路由器的靈活性。用戶通過遠(yuǎn)程協(xié)議的方式方便的插入其他模塊，如防火墻，入侵檢測(cè)等。
　　 第二，提出了一種眾核處理器核資源優(yōu)化方法。針對(duì)現(xiàn)有的均衡分配方法EQUI的不足，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)學(xué)期望的眾核處理器核資源優(yōu)化方法。該方法的實(shí)現(xiàn)可分為3

4、個(gè)步驟:首先，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包分為控制層面和數(shù)據(jù)平面，兩個(gè)平面的處理過程不同，導(dǎo)致各子模塊的執(zhí)行次數(shù)不同，在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中，可以通過網(wǎng)絡(luò)測(cè)量等方法統(tǒng)計(jì)出各種類型包的概率，進(jìn)一步可得到各個(gè)模塊間的調(diào)度概率及執(zhí)行次數(shù)。其次，各模塊完成一個(gè)任務(wù)所需要的CPU周期數(shù)可以通過在程序中插入計(jì)數(shù)器來統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)前面得到的總執(zhí)行次數(shù)，可計(jì)算出各模塊所需要的CPU周期總數(shù)。最后，根據(jù)各模塊所需要的總CPU資源的比例，分配同比例的眾核處理器核數(shù)量，經(jīng)過