基于端系统的分组IO加速技术应用研究

摘要

随着新型网络业务、网络协议以及多核技术的发展和成熟，具有高速业务处理能力、高可编程性、基于多核处理器的网络分组处理端系统，成为学术界和工业界研究的热点。一方面，通用多核分组处理性能受到诸如TLB表项失效率高、分组IO开销大、多核共享内存以及CPU中断处理等问题的困扰；另一方面，数据加载、发送、拷贝以及缓冲区管理占用大量分组IO处理时间。针对上述问题，本文提出了一种基于端系统应用的分组IO加速技术，主要工作和创新点包括：　　（1）提出了基于端系统的分组IO接收端流亲和技术，即数据通路和缓冲区流亲和，将每个线程接收、处理的数据，附着到指定内核上运行，大为降低TLB表项失效带来的开销。缓冲区地址池的创建、分配、释放由硬件完成，接收端数据路径是一种无中断的、多线程并行处理的、包含极少数据复制的快速通道。　　（2）提出了基于端系统的分组IO发送端链式发送技术，CPU访问任意内存空间由专用硬件完成，并采用快速链式发送技术，发送端是一种无中断的、数据链式传输的快速通道。　　（3）设计了分组IO加速技术的实现框架，对实现框架中各模块和数据结构进行了详细设计，并定义各模块间的交互关系。　　（4）搭建可编程网络实验平台，并对端系统应用分组IO的性能进行了实验与测试，实验结果表明，采用IO加速技术的端系统，能够使平均报文收发性能最高提升达2.14倍。　　综上所述，本文提出了基于端系统应用的分组IO加速技术，该技术已成功应用于基于高性能国产CPU构建的通用多核网络处理器平台上，其研究成果对分组IO加速技术的研究有一定的理论意义和实用价值。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的工作和创新

1.4 论文结构

第二章 相关研究

2.1 DMA、PCIE简介

2.2 通用网络接口报文IO技术

2.3 软件路由器报文IO技术

2.4 网络处理器报文IO技术

2.5本章小结

第三章 新型分组IO接收端流亲和技术

3.1 流亲和技术设计原理

3.2 流亲和技术体系架构

3.3流亲和技术实现系统

3.4小结

第四章 新型分组IO发送端链式发送技术

4.1链式发送设计原理

4.2链式发送体系结构

4.3 分组IO链式发送算法描述

4.4小结

第五章 分组IO加速技术实现与性能分析

5.1开发平台简介

5.2分组IO加速系统实现

5.3实验结果与分析

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录A 报文传输格式

攻读学位期间发表的论文及参加的项目

致谢