面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高速長距離網(wǎng)絡(luò)被部署到當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)TCP傳輸協(xié)議一直在互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但其核心的加性增/乘性減擁塞控制策略不具可擴(kuò)展性，成為影響高速長距離網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸效率的主要瓶頸。此外，標(biāo)準(zhǔn)TCP引入快速重傳機(jī)制以提升丟包恢復(fù)速度，但尾部丟包現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致大部分的丟包仍是通過耗時(shí)的超時(shí)重傳機(jī)制恢復(fù)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的交互性能造成嚴(yán)重影響。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度效率也是影響互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用響應(yīng)速率

2、的關(guān)鍵因素。如何提升傳輸協(xié)議的帶寬利用率、降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延以及提升服務(wù)任務(wù)響應(yīng)速率成為時(shí)下的研究熱點(diǎn)。
　　本文圍繞面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)及任務(wù)調(diào)度優(yōu)化策略展開研究，主要的研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下:
　　1)針對(duì)高速長距離網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)準(zhǔn)TCP傳輸效率低下的問題，本文以UDP為基礎(chǔ)，結(jié)合確定性丟包模型，設(shè)計(jì)了一種高速可擴(kuò)展的應(yīng)用層傳輸協(xié)議DCUDP。在數(shù)據(jù)傳輸方面，提出了一種Double Cubic速率控制算法，使用三次方程控制速率增長

3、以維持協(xié)議在不同容量網(wǎng)絡(luò)鏈路中的可擴(kuò)展性;在丟包控制方面，引入了一種Random Loss Decrease丟包處理算法，通過隨機(jī)變化減速幅度和減速次數(shù)緩解了全局同步現(xiàn)象和連續(xù)丟包問題;最后，根據(jù)確定性丟包模型調(diào)整算法核心參數(shù)，保證了協(xié)議對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)性。
　　2)針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TCP使用丟包作為擁塞信號(hào)難以準(zhǔn)確度量鏈路實(shí)際擁塞狀況的問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于時(shí)延的高速擁塞控制算法DFTCP，該算法使用排隊(duì)時(shí)延結(jié)合丟包作為擁塞控制信

4、號(hào)，通過測(cè)量排隊(duì)時(shí)延和傳輸速率的變化，動(dòng)態(tài)估算傳輸路徑上可用緩存的使用情況，并據(jù)此為數(shù)據(jù)流尋找合理的傳輸狀態(tài)穩(wěn)定點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)流能夠在充分利用鏈路帶寬的同時(shí)減少不必要的丟包。
　　3)針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中廣泛出現(xiàn)的TCP尾部丟包現(xiàn)象，本文提出了一種DTLP尾部丟包恢復(fù)算法，該算法對(duì)尾部丟包模式進(jìn)行細(xì)化，針對(duì)不同的模式發(fā)送不同個(gè)數(shù)和類型的探針包以觸發(fā)不同的TCP加速機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾部丟包的加速恢復(fù)，有效減少了尾部丟包現(xiàn)象帶來的響應(yīng)時(shí)延。

5、r>　　4)針對(duì)多核Linux網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中自旋鎖沖突給任務(wù)響應(yīng)速率帶來的影響，本文對(duì)Linux調(diào)度器的負(fù)載均衡模塊提出了三個(gè)層次的免鎖優(yōu)化方案:第一，基礎(chǔ)優(yōu)化，從代碼層面直觀地縮小程序的鎖沖突域;第二，調(diào)度行為優(yōu)化，將進(jìn)程創(chuàng)建過程中因沒有獲得自旋鎖而不能被立即喚醒的新進(jìn)程放入一個(gè)免鎖隊(duì)列中延遲喚醒以避免鎖沖突;第三，基于上層應(yīng)用特征的參數(shù)調(diào)優(yōu)，以HTTP服務(wù)器為例，根據(jù)其服務(wù)進(jìn)程的生命特征調(diào)整調(diào)度器的核心參數(shù)。
　　5)針對(duì)多核