網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的性能優(yōu)化研究.pdf

1、如今我們正處在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的信息時(shí)代,人們的生活與工作日益依賴于互聯(lián)網(wǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的飛速發(fā)展,用戶數(shù)量的迅猛增加,各層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)π阅艿囊笠沧兊迷絹?lái)越高,已無(wú)法完全通過(guò)硬件性能的提升來(lái)滿足。因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序本身進(jìn)行各種優(yōu)化顯得尤為重要。在網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層,雖然人們結(jié)合通用處理器與ASIC(專用集成電路)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出了高性能低成本的多核網(wǎng)絡(luò)處理器以滿足日益復(fù)雜的高性能包處理程序的需求,然而由于網(wǎng)絡(luò)處理器獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)與編程模型

2、,使網(wǎng)絡(luò)處理器上的程序往往無(wú)法得到有效的優(yōu)化。而在應(yīng)用層,雖然P2P視頻直播服務(wù)憑借其免費(fèi)收看,內(nèi)容豐富等優(yōu)勢(shì)迅速成為互聯(lián)網(wǎng)上最受歡迎的服務(wù)之一,但在向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓展與推廣時(shí)由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性與有線網(wǎng)絡(luò)有很大差異,使其傳輸與播放質(zhì)量得不到保障,迫切需要通過(guò)優(yōu)化提高服務(wù)質(zhì)量。本文將以以上兩類應(yīng)用程序?yàn)槔?對(duì)其優(yōu)化進(jìn)行研究,分析其優(yōu)化所面臨的困難,通過(guò)實(shí)驗(yàn)指出性能瓶頸,并找出造成瓶頸的原因。最終根據(jù)分析結(jié)果,針對(duì)以上兩類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序分別給出一套

3、切實(shí)有效的優(yōu)化方案。對(duì)于運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)處理器上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,其優(yōu)化所面臨的困難主要有以下兩方面:
　　1.程序員往往熟悉x86結(jié)構(gòu)上硬件緩存環(huán)境下的程序編寫(xiě)與優(yōu)化,但I(xiàn)ntel IXP等網(wǎng)絡(luò)處理器出于成本與芯片面積等考慮均采用軟件緩存。這使得程序員必須花很大精力對(duì)軟件緩存的利用與管理進(jìn)行優(yōu)化以獲得令人滿意的性能。同時(shí)由于緩存結(jié)構(gòu)的差異,即使是復(fù)用x86結(jié)構(gòu)下的代碼也將變得十分困難,很難在短期內(nèi)完成。
　　2.程序員在開(kāi)發(fā)時(shí)往往

4、習(xí)慣于根據(jù)不同功能將程序劃分為多個(gè)模塊,各模塊間需要同步的數(shù)據(jù)使用同步鎖以保證語(yǔ)義的正確性。但I(xiàn)ntel IXP等網(wǎng)絡(luò)處理器每個(gè)處理部件上的同步鎖資源有限,當(dāng)模塊非常復(fù)雜需要大量同步鎖時(shí)將不得不面臨幾個(gè)同步臨界區(qū)共用一個(gè)同步鎖的情況,這將嚴(yán)重影響包處理程序的并行執(zhí)行,進(jìn)而影響其性能。本文將針對(duì)以Intel IXP為代表的網(wǎng)絡(luò)處理器在開(kāi)發(fā)與優(yōu)化包處理程序時(shí)面臨的主要問(wèn)題,通過(guò)對(duì)包處理程序特點(diǎn)的深入分析,提出以下兩類編譯優(yōu)化方法。
　

5、　針對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理器上軟件緩存的利用與優(yōu)化問(wèn)題,本文將根據(jù)包處理程序具有關(guān)鍵路徑的特性提出兩個(gè)算法分別解決模塊內(nèi)與模塊間的緩存利用與優(yōu)化。
　　針對(duì)同步鎖可能導(dǎo)致的性能下降,本文將提出一個(gè)基于關(guān)鍵路徑的模塊劃分算法以減少模塊內(nèi)的同步鎖數(shù)目。這些方法將有效地優(yōu)化性能,幫助普通程序員在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出高效的包處理程序。
　　本文介紹的算法實(shí)現(xiàn)在我們實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的C編譯器Agassiz上。在Intel IXP模擬器上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這些算法

6、對(duì)現(xiàn)今流行的一些包處理程序均有明顯的優(yōu)化效果。作為應(yīng)用層目前最熱門(mén)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之一的P2P視頻直播服務(wù),它在無(wú)線局域網(wǎng)上的傳輸與播放性能卻因無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的巨大差異而得不到保障。為了未來(lái)設(shè)計(jì)與優(yōu)化無(wú)線P2P直播視頻流服務(wù),深入了解P2P直播視頻流在無(wú)線局域網(wǎng)下的工作方式、特性與性能瓶頸顯得尤為重要。本文將以目前最流行的P2P直播視頻流軟件PPStream為例,剖析其系統(tǒng)架構(gòu)并分析其交互過(guò)程與通訊協(xié)議。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)分析無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)測(cè)

7、環(huán)境與模擬環(huán)境下的測(cè)試數(shù)據(jù),揭示了影響無(wú)線局域網(wǎng)下P2P直播視頻傳輸?shù)膬纱笠蛩?
　　1.半雙工工作模式使得無(wú)線局域網(wǎng)有限的帶寬大多被上傳數(shù)據(jù)流所占用,當(dāng)無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)客戶端增多,總帶寬需求量大于無(wú)線局域網(wǎng)帶寬上限時(shí),下載數(shù)據(jù)流和上傳數(shù)據(jù)流之間的帶寬爭(zhēng)奪將變得十分激烈,并造成下載受阻進(jìn)而直接影響客戶端的視頻播放質(zhì)量。
　　2.P2P視頻傳輸中每個(gè)客戶端產(chǎn)生的信令數(shù)據(jù)量與其連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)成正比。P2P傳輸技術(shù)倡導(dǎo)的鼓勵(lì)上傳機(jī)制將會(huì)

8、導(dǎo)致連接大量的節(jié)點(diǎn),并造成大量的信令負(fù)載。這些信令負(fù)載同樣會(huì)與下載數(shù)據(jù)流競(jìng)爭(zhēng)帶寬,進(jìn)一步惡化下載質(zhì)量與客戶端播放效果。
　　針對(duì)以上兩方面,本文通過(guò)在無(wú)線局域網(wǎng)與Internet之間架設(shè)一臺(tái)緩存服務(wù)器,優(yōu)化無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)PPStream數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量,并改善無(wú)線客戶端的播放效果。緩存服務(wù)器將代替無(wú)線局域網(wǎng)用戶來(lái)響應(yīng)Internet上的數(shù)據(jù)請(qǐng)求,以此消除無(wú)線局域網(wǎng)內(nèi)上傳流量中占很大比重的影音數(shù)據(jù)上傳。不僅如此,緩存服務(wù)器還能夠促進(jìn)無(wú)