嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的并发性能优化

摘要

嵌入式TCP/IP协议栈LWIP主要应用于资源有限的嵌入式设备，它在数据结构和算法的设计上旨在减少内存的使用和代码的大小，在此基础之上能够满足通信的功能而不是传输大规模的网络数据。但是LWIP在一个安全网关当中作为用户态的协议栈满足不了安全网关设备对实时性和高并发性的要求。因此需要对LWIP的数据结构和算法在并发性上进行优化。
　　 本人独立完成了LWIP的性能瓶颈分析、LWIP的优化方案制定和实施以及LWIP优化以后的性能对比分析。首先使用gprof性能剖析工具分析了LWIP的性能瓶颈。LWIP的性能瓶颈主要在TCP的会话表链表结构和SELECT接口，对于TCP会话表的链表结构，优化方法是采用查询效率最高的哈希结构；对于SELECT接口，改成高效的EPOLL接口；此外还优化了主动建立连接时选择本地端口的选择算法；为了提高并发性能还尝试了使用多线程优化技术。然后分别使用软件和硬件设备对优化前后的性能进行了对比分析，最后得出了优化的结论。
　　 经过优化以后LWIP的整体性能提升了30％以上，实时性和并发性也大幅提升，满足了安全网关产品的性能需求，达到了预期的优化目标。目前该模块已经集成到绿盟科技5.6.5版本的引擎代码当中，能够稳定运行并且具有良好的并发性能。