协议栈并行化技术的分析与实现

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1、西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说

2、明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要近年来，随着互联网技术的迅猛发展和互联网用户数量的大幅增加，网络数据量呈指数型增长，对

3、网络协议处理能力提出更高的要求。在应对高速大规模网络流量时，诞生于单核处理器时代的传统内核协议栈，已经不能满足需求。利用多核处理器并行编程技术，对协议栈进行并行化改进是解决这一问题的有效途径，能够有效提升协议处理性能。本文首先分析了制约传统内核协议栈性能的主要因素，明确其性能开销主要集中于中断处理、内存拷贝、协议处理和系统调用等方面。在对当前存在的协议栈加速方案进行分析之后，提出了连接级用户态并行协议栈加速方案。在用户态实现协议栈可以从根本上消除系统调用等协议处理开销；以连接为基本的并行单位，能够有

4、效降低CPU核之间的数据同步开销，提高多连接吞吐量。连接级用户态并行协议栈主要包括底层包处理模块、数据包分发器和协议处理模块三部分。底层包处理模块主要负责打通网卡到用户空间的直接数据通路，旁路内核协议栈，利用零拷贝技术降低了内存拷贝与中断处理开销；数据包分发器通过对数据包连接四元组进行哈希散列运算，将同一连接的数据包分发到相同协议处理线程中进行处理，消除了线程间对连接状态的同步开销；协议处理模块负责高效地完成协议处理任务，通过优先级队列、事件批处理等技术优化协议处理性能，并向上层应用程序提供访问接口

5、。通过实验证明本文设计的连接级用户态并行协议栈能够有效提升协议处理性能。关键词：协议栈，多核处理器，并行化，用户态论文类型：基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofInternettechnologyandthesubstantialincreaseinthenumberofInternetusers,theamountofInternetdataincreasesexponential

6、ly,whichraiseshigherrequirementtonetworkprotocolprocessing.Inresponsetothehigh-speedlarge-scalenetworktraffic,thetraditionalnetworkprotocolstackhasbeenunabletomeetthedemand.Itisaneffectivewaytosolvethisproblemtomakeaparallelimprovementofthenetworkstack

7、.Withtheuseofmulti-coreparallelprogrammingtechnology,parallelprotocolstackcaneffectivelyenhancetheprotocolprocessingperformance.Thisthesisfirstanalyzesthemainfactorsrestrictingtheperformanceoftraditionalnetworkstack.Themainperformanceoverheadsincludein

8、terrupthandling,memorycopy,protocolprocessing,systemcallsandsoon.Aftertheanalysisofthecurrentacceleratedmethodofnetworkstack,theconnection-leveluser-spaceparallelprotocolstackacceleratedmethodisputforward.Implementingtheprotocolstackinu