DPDK結構下類Socket接口研究與設計.pdf

1、隨著互聯(lián)網的不斷發(fā)展，網絡中的應用已經不僅僅局限于簡單的小流量數(shù)據(jù)通信，大并發(fā)量隨處可見。逐漸豐富的應用給服務提供商的服務器、網絡設備帶來嚴峻的挑戰(zhàn)，這就要求承載這些應用的服務器和設備能夠提供更高的網絡處理性能，目前常見的解決方案就是增加服務器的核心數(shù)，增強服務器的并行處理能力，但是實驗表明，隨著系統(tǒng)核心數(shù)的增加，SMP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力并不會隨著核心數(shù)的增加而成線性增長，一味的增加服務器的配置，對于服務器的性能提升顯然已經換不來可觀的

2、性能提升了。
　　仔細分析不難發(fā)現(xiàn)，造成這一問題的原因就是傳統(tǒng)內核協(xié)議棧的數(shù)據(jù)處理性能出現(xiàn)了瓶頸，例如對共享資源的訪問，鎖，線程調度，數(shù)據(jù)拷貝等等，這些瓶頸會隨著CPU核心數(shù)量的增加而愈發(fā)的明顯，所以僅僅針對用戶層的應用程序的數(shù)據(jù)傳輸做優(yōu)化并不會帶來明顯的效果。
　　本論文第二章首先通過研究和分析傳統(tǒng)內核協(xié)議棧的設計架構，指出傳統(tǒng)內核協(xié)議棧存在的設計瓶頸和缺陷，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、過驅動優(yōu)化，內存優(yōu)化，線程調度優(yōu)化和無鎖隊列優(yōu)化四點，簡述其對數(shù)據(jù)平面進行加速的基本原理，這里通過對Ovs和dpdk-Ovs進行簡單基礎的轉發(fā)對比測試，論證DPDK對數(shù)據(jù)包有更強的數(shù)據(jù)處理性能和可擴展性。
　　第三章是本論文的主體部分，是本論文最核心的工作，完成了三部分內容的設計，一是將基于 DPDK提供的數(shù)據(jù)平面的 API，完全在用戶態(tài)實現(xiàn)一個輕量級的TCP/IP協(xié)議棧，彌補DPDK尚無成熟協(xié)議棧的不足，它將實現(xiàn)基本的協(xié)議如IP

4、、UDP、TCP、ARP和ICMP，為上層應用程序提供協(xié)議支持；二是對上層應用程序提供與原來兼容的類SOCKET接口，以靜態(tài)庫的形式提供給應用程序調用，與協(xié)議棧進程通過無鎖隊列實現(xiàn)通信；三是在此基礎上，分別移植基于 UDP協(xié)議的TFTP服務器和基于TCP協(xié)議的開源的HTTP服務器。
　　最后，本論文將對TFTP服務器，TCP協(xié)議棧和HTTP服務器做詳細的功能和性能測試。測試結果表明，在相同的服務器配置下，基于 DPDK的協(xié)議棧能夠