基于多核平臺的高速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)捕獲和并行處理研究與實現(xiàn)

1、國內(nèi)圖書分類號：TP393.08學校代碼：10213國際圖書分類號：004.738密級：公開工學碩士學位論文工學碩士學位論文基于多核平臺的高速網(wǎng)絡數(shù)據(jù)捕獲和并行處理研究與實現(xiàn)碩士研究生：高曉東導師：王軒教授申請學位：工學碩士學科：計算機科學與技術所在單位：深圳研究生院答辯日期：2010年12月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文I摘要IT業(yè)界的發(fā)展日新月異。在計算機軟硬件方面，CPU架構多核化和編程模式并行化的趨勢越來

2、越明顯。隨著帶寬的日益增加，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)量爆炸式增長。物聯(lián)網(wǎng)熱的興起更是加劇了對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)快速處理的需求。多核已經(jīng)成為桌面處理器的主流，軟件系統(tǒng)如何有效利用其架構優(yōu)勢成為研究熱點。本文緊跟發(fā)展潮流，提出了一種在多核多線程平臺下，對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)處理兩部分進行并行化的方法。本課題可應用于多核平臺下網(wǎng)絡監(jiān)控的相關系統(tǒng)。課題屬于網(wǎng)絡內(nèi)容安全領域。本文對該領域發(fā)展前沿做簡單介紹之后，針對數(shù)據(jù)捕獲和并行處理兩部分，簡要分析了技術背景和現(xiàn)有解決方案的

3、優(yōu)缺點。接下來，文章詳細闡述了作者對這兩部分的改進。首先分析了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)報文捕獲技術的特點和要求，以及現(xiàn)有的實現(xiàn)方式；通過對網(wǎng)卡硬件收發(fā)數(shù)據(jù)包過程的研究，得出影響接收數(shù)據(jù)包性能的主要因素之后，設計出了改進型零拷貝網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包捕獲平臺。該平臺通過DMA方式，網(wǎng)卡接收到的數(shù)據(jù)包被直接發(fā)送到用戶空間的接收緩沖區(qū)中，有效地減少數(shù)據(jù)拷貝、系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)和CPU的處理時間，提高捕獲性能。接著，本文全新設計了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)并行處理方式。該設計遵循并行開發(fā)模式，

4、充分利用了多核多線程硬件架構的優(yōu)勢。在分析了TCPIP協(xié)議棧的工作原理的基礎上，本文總結了串行協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理方式的瓶頸；針對串行協(xié)議棧不能充分發(fā)揮逐漸普及的多核優(yōu)勢問題，對協(xié)議棧進行并行處理，在新平臺上提高系統(tǒng)的硬件利用率和整體性能。最后，本文對整體設計方案進行了說明，并對數(shù)據(jù)分發(fā)器和上下層接口的設計進行了闡述。在分析現(xiàn)有相似設計方案缺點的基礎上，全新設計了適用于并行協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理的分發(fā)器。對系統(tǒng)進行的實驗測試表明，改進型零拷貝、數(shù)據(jù)分