面向应用定义优先级调度的用户态协议栈研究

针对数据中心负载中混杂请求对延迟敏感型请求响应尾延迟产生干扰,而现有研究无法在不同负载场景下为延迟敏感型请求提供灵活优先调度的问题,本文提出了应用定义优先级调度的用户态协议栈。该设计利用用户态协议栈在数据中心请求处理所处的关键位置,支持上层应用根据负载特征灵活定制优先级识别与调度策略,并由协议栈为优先级识别提供数据包、传输控制协议(TCP)流等丰富的状态信息,实现了不需要改动网络协议栈,就可以对不同负载场景实现灵活的应用定义优先级识别与调度,从而避免延迟敏感型请求受到其他混杂负载请求带来的排队延迟与阻塞延迟干扰。实验结果表明,在不同的负载场景下,通过灵活准确的应用定义优先级调度,可以将延迟敏感型请求的响应尾延迟降低98.5%,有效保障了用户体验。

基于DPDK的用户态协议栈的设计与实现

与传统的基于内核的报文处理方式相比,数据平面开发套件(Data Plane Development Kit,DPDK)技术大幅度提高了数据处理的效率。目前,DPDK只提供了简单的以太网收发包的工作,无法直接处理OSI模型4层以上协议的数据。根据DPDK技术特点设计和实现了一种基于DPDK的用户态协议栈。实验结果表明,与传统的内核协议栈相比,该协议栈转发TCP和UDP数据包效率提升了20%左右。

用户空间协议栈的并行化与性能优化

在网络速度不断提高的今天,网络处理的瓶颈已从链路转移到了终端。通用操作系统中低效的网络子系统成为主要瓶颈,为此工业界和学术界提出了绕过内核的高性能用户空间包I/O引擎。为充分利用这些包I/O引擎加速更多的网络应用,高性能用户空间协议栈成为了研究热点。本文以配备多队列万兆网卡的通用多核服务器为目标平台,对移植自Free BSD内核的用户空间协议栈Libuinet进行了并行化和性能优化,并为其设计了一套基于回调的编程接口。文章介绍了并行化过程中并行化模型的设计、并行化策略的实施以及基于回调的编程接口的设计,并介绍了性能优化过程中针对回调线程、收包线程、发包线程和线程调度策略的优化。实验证明,本文所设计的并行化和性能优化方法是有效的。

用户空间协议栈的移植与性能优化

文章将一个为嵌入式系统开发的轻量级用户空间协议栈LWIP移植到x86多核处理器上,并通过集成高速收发包引擎、优化关键数据结构及算法等措施提高其性能。论文介绍了与LWIP移植相关的系统模型设计、收发包引擎集成和操作系统抽象层实现,以及与LWIP优化相关的PCB管理、定时器管理与资源互斥锁实现。经实验,基于用户空间协议栈实现的web服务器,其性能比基于内核协议栈的web服务器提高了一倍。

MasterNet控制网络缺陷分析

基于MasterNet的技术分析,讨论网络节点故障处理时导致生产中断的原因,发现MasterNet控制网络存在设计缺陷。结果表明,对AS515采用冗余配置可避免重启节点对生产的影响;AC450死机或进程死锁可通过短暂停产重新启动;更换GCOM通讯板需要全线停产,并按固定顺序启动所有MasterNet的网络节点。

MasterNet控制网络缺陷分析

基于MasterNet的技术分析,讨论网络节点故障处理时导致生产中断的原因,发现MasterNet控制网络存在设计缺陷。结果表明,对AS515采用冗余配置可避免重启节点对生产的影响;AC450死机或进程死锁可通过短暂停产重新启动;更换GCOM通讯板需要全线停产,并按固定顺序启动所有MasterNet的网络节点。

一种优化的内核态文件发送方法

传统的Linux内核协议栈已不能满足大规模数据处理系统对网络传输越来越高的性能要求。现有很多研究是将原来在内核态实现的协议和接口移到用户态去实现,但针对内核态优化的研究比较少。在研究分析Linux内核态文件发送接口sendfile()处理流程和管理机制的基础上,本文提出一种内核态文件发送优化方法,采用自动负载均衡的定长内存池管理、CPU亲和性等技术,对内核态文件发送接口进行优化改造。解决了系统在高负载情况下内存碎片、内存耗尽及CPU抖动的问题,有效提升了数据传输性能。实验结果表明,在高并发、高吞吐场景下,采用本文优化方法后,系统运行更稳定,内核态CPU占有率下降50%。