基于非对称网络处理器的网络设备性能优化研究

摘要

性能优化是计算机系统设计中一个十分重要的话题，特别是关系到整个网络性能的网络设备，对性能的要求更加严格。性能上的缺陷极有可能造成此类系统设计的失败。设计者在设计此类系统设计时必须从总体设计到具体实现的各个环节中都考虑到系统优化的问题。 网络处理器是新一代网络设备设计的趋势。它集合了通用处理器和ASIC的特性，在保留一定的灵活性的基础上高速处理网络数据包。它独特的硬件结构和编程模式决定了它的优化方法不同于在通用处理器上的方法。 本文在设计基于NP-1c的NAT-PT网关的基础上，提出了针对这种系统的优化方案，本论文的主要工作包括以下几个方面： 1） 分析NP-1c开发平台和编程模型，从系统设计的角度分析系统优化方案。 NP-1c平台提供NP-CP编程模型，将处理任务划分成两部分分别交由网络处理器和通用处理器执行。本文提出的功能划分方案，以及NP-CP交互策略在保证了系统效率的同时保持了系统开发的简易。其次，零拷贝技术在提高CP端软件的吞吐率方面也起到了贡献。 2） 分析NP-1c的体系结构和流水线结构，从详细设计的角度分析系统的优化方案。 NP-1c提供的TOP结构中包含四个串行的异构处理器构成非对成体系结构。本文提出的表结构优化，功能前移等方法在这种结构上很好的提高了系统的性能。另外本文针对NP-1c的流水结构提出了专门的优化方法。 3） 具体分析了基于NP-1c的NAT-PT网关的实现，在这一特例的基础上进一步讨论系统优化的方法。 本文根据NAT-PT的处理流程，提出了针对此特例的流程优化方法，进一步提高系统性能。