Linux操作系統(tǒng)TCP-IP協(xié)議棧卸載技術(shù)研究.pdf

1、在網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸速度飛速發(fā)展的情況下，尤其當網(wǎng)絡(luò)鏈路速度高于CPU對TCP/IP協(xié)議棧的處理速度時，傳統(tǒng)的基于軟件進行TCP/IP協(xié)議處理的方式成為高性能網(wǎng)絡(luò)計算的瓶頸，對服務器、路由器、防火墻的性能帶來了很大影響。為了提高性能，國內(nèi)外一些科研機構(gòu)對TCP/IP的優(yōu)化技術(shù)進行了深入的研究，包括高速TCP算法研究、第三層和第四層交換技術(shù)、TCP/IP卸載引擎(TOE)技術(shù)等。 為解決服務器通信處理瓶頸而提出的TCP/IP協(xié)議卸載技

2、術(shù)的基本思想，是分擔服務器CPU對TCP/IP協(xié)議棧的處理，將協(xié)議處理過程放到FPGA、ASIC等硬件處理單元上完成，從而將服務器的CPU解放出來，既可提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，又可提高CPU的工作效率。通常將實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議功能的硬件處理單元稱為卸載引擎。卸載引擎技術(shù)的實現(xiàn)同時需要解決許多技術(shù)難題，如何修改服務器操作系統(tǒng)，以保證服務器系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換是其中之一。 本文在分析了TOE技術(shù)的基本思想和原理后，對開源的Li

3、nux操作系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議棧的卸載方法展開了研究。針對Linux操作系統(tǒng)，定義了卸載引擎的體系結(jié)構(gòu)，討論了卸載引擎與服務器操作系統(tǒng)連接接口的解決辦法，提出了使用卸載支持模塊來完成兩者之間連接的實現(xiàn)策略。根據(jù)所提出的策略，對Linux系統(tǒng)內(nèi)核協(xié)議棧進行了分析和修改；利用LKM機制對卸載支持模塊進行了編程實現(xiàn)。測試證明卸載支持模塊可以成功地屏蔽原來的Linux內(nèi)核協(xié)議棧，使InetSocket層與驅(qū)動程序之間直接交互。 在L

4、inux系統(tǒng)原來的TCP/IP協(xié)議棧被屏蔽之后，真正處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的是卸載引擎中的TCP/IP協(xié)議棧。為此，本文定義了針對Linux操作系統(tǒng)的卸載引擎的TCP/IP協(xié)議棧的主要性能指標和總體設(shè)計；并且利用VHDL對部分模塊進行了硬件描述和功能仿真，為本課題的后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。 本論文主要解決了服務器操作系統(tǒng)與卸載引擎之間的連接接口問題，并且就協(xié)議棧的設(shè)計以及硬件實現(xiàn)方法進行了研究。測試和功能仿真的實驗結(jié)果表明，所定義的卸載引擎體