并行式快速路径无锁的QoS流量控制算法设计

摘要

随着互联网的飞速发展，网络承载的流量和内容也越来越庞大，由此造成的网络拥塞和用户体验下降也越来越成为人们关注的焦点。
　　由于如今网络流量的使用量过大，以及各种P2P，VOIP等这类特征特殊且占据网络大量带宽流量的应用类型的产生，使得提高网络流量传输质量成为必然要解决的问题。传统情况下，人们往往通过增加网络处理器等来提高性能，然而硬件具有可编程性复杂与无法承担复杂任务等缺点，无法适应日趋灵活的网络流量需求。
　　要提高网络传输质量，一方面需要尽可能利用现有的硬件体系提高性能。在这点上，本文采取了一种多核并行式计算机结构。自多核处理器被发明以来，其发展就广受瞩目，随着一个个难点被解决，其体现出来的性能是传统网络处理器专用硬件不能比拟的。另一方面，对流量进行一定的管理也能提高网络传输质量，本文所采用的方案是使一些无弹性与时延要求较高的流量不会被另一些弹性强与重要性较低的流量所冲突，这个方法需要建立一个良好的QoS框架。
　　本文着重讨论了如何在满足大流量带宽控制需求的高性能的多路/核的CPU硬件体系上实现并行、无锁的QoS程序设计和算法实现。本文首先介绍了QoS的概念与技术要点，然后对QoS的框架作了一定的说明，并介绍了用到的识别与流量整形的算法，流量识别分类的嵌套结构。接着对于如今的多核并行式系统进行了说明。由于并行式系统的一大难点就是解决线程与线程之间的冲突问题，本文针对程序设计中的难点提出了解决方案，利用无锁编程以及用原子操作替代锁操作的方式来解决串行式问题。最后重点针对如何将解决方案实际应用到流控框架中并实际对流量进行监管的整个数据流处理过程进行了详细的解说，该控制算法最后被证明在真实环境中是稳定有效的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 研究现状

1．4 论文内容概要

第二章 基于网络的QoS解决策略

2．1 QoS基本原理

2．2 基于DPI与DFI技术的QoS流控系统框架

第三章 多核并行程序设计算法

3．1 并行式系统中的一些概念

3．2 多核并行程序设计的难点

第四章 基于多核系统的并行无锁QoS算法的具体实现

4．1 针对多核程序设计中串行化难题所采取的解决方法

4．2 包处理流程图

4．3 QoS Scheduler中的Enqueue过程

4．4 QoS Scheduler中的Dequeue过程

4．5 关键技术点

4．6 程序设计关键点

4．7 实验和性能分析

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢