DPDK結(jié)構(gòu)下類Socket接口研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于簡(jiǎn)單的小流量數(shù)據(jù)通信，大并發(fā)量隨處可見。逐漸豐富的應(yīng)用給服務(wù)提供商的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這就要求承載這些應(yīng)用的服務(wù)器和設(shè)備能夠提供更高的網(wǎng)絡(luò)處理性能，目前常見的解決方案就是增加服務(wù)器的核心數(shù)，增強(qiáng)服務(wù)器的并行處理能力，但是實(shí)驗(yàn)表明，隨著系統(tǒng)核心數(shù)的增加，SMP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力并不會(huì)隨著核心數(shù)的增加而成線性增長(zhǎng)，一味的增加服務(wù)器的配置，對(duì)于服務(wù)器的性能提升顯然已經(jīng)換不來可觀的

2、性能提升了。
　　仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，造成這一問題的原因就是傳統(tǒng)內(nèi)核協(xié)議棧的數(shù)據(jù)處理性能出現(xiàn)了瓶頸，例如對(duì)共享資源的訪問，鎖，線程調(diào)度，數(shù)據(jù)拷貝等等，這些瓶頸會(huì)隨著CPU核心數(shù)量的增加而愈發(fā)的明顯，所以僅僅針對(duì)用戶層的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸做優(yōu)化并不會(huì)帶來明顯的效果。
　　本論文第二章首先通過研究和分析傳統(tǒng)內(nèi)核協(xié)議棧的設(shè)計(jì)架構(gòu)，指出傳統(tǒng)內(nèi)核協(xié)議棧存在的設(shè)計(jì)瓶頸和缺陷，接著探討并分析 Intel的數(shù)據(jù)平面開發(fā)工具（DPDK），分別通

3、過驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，內(nèi)存優(yōu)化，線程調(diào)度優(yōu)化和無(wú)鎖隊(duì)列優(yōu)化四點(diǎn)，簡(jiǎn)述其對(duì)數(shù)據(jù)平面進(jìn)行加速的基本原理，這里通過對(duì)Ovs和dpdk-Ovs進(jìn)行簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)比測(cè)試，論證DPDK對(duì)數(shù)據(jù)包有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理性能和可擴(kuò)展性。
　　第三章是本論文的主體部分，是本論文最核心的工作，完成了三部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)，一是將基于 DPDK提供的數(shù)據(jù)平面的 API，完全在用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)一個(gè)輕量級(jí)的TCP/IP協(xié)議棧，彌補(bǔ)DPDK尚無(wú)成熟協(xié)議棧的不足，它將實(shí)現(xiàn)基本的協(xié)議如IP

4、、UDP、TCP、ARP和ICMP，為上層應(yīng)用程序提供協(xié)議支持；二是對(duì)上層應(yīng)用程序提供與原來兼容的類SOCKET接口，以靜態(tài)庫(kù)的形式提供給應(yīng)用程序調(diào)用，與協(xié)議棧進(jìn)程通過無(wú)鎖隊(duì)列實(shí)現(xiàn)通信；三是在此基礎(chǔ)上，分別移植基于 UDP協(xié)議的TFTP服務(wù)器和基于TCP協(xié)議的開源的HTTP服務(wù)器。
　　最后，本論文將對(duì)TFTP服務(wù)器，TCP協(xié)議棧和HTTP服務(wù)器做詳細(xì)的功能和性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在相同的服務(wù)器配置下，基于 DPDK的協(xié)議棧能夠