网络处理器软件体系结构研究与实现

《网络处理器软件体系结构研究与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学硕士学位论文摘要网络处理器软件体系结构研究与实现摘要随着Internet的不断发展对网络设备灵活性和性能的要求与日俱增为了解决这一对矛盾的要求网络处理器作为一种新的应用专用处理器涌现出来网络处理器一般采用特殊的指令集多处理核多线程来优化对报文的处理但这种新颖而复杂的体系结构也使为网络处理器编程成为了一个挑战本文通过JIALING展示了如何为网络处理器设计一个软件系统该软件系统的设计目标是简化网络处理器软件的开发并且使开发出的系统同时具有可扩展性和健壮性的特点JIALING采用的方法是1定义了一个软件体系结构该体系结构包括应用抽象硬件抽象和运行时系统2以IXP2XXX网络处

2、理器为平台实现JIALING展示了如何通过扩展网络处理器供应商提供的软件以实现JIALING系统3通过分析网络处理器报文引擎的性能特性给出了性能模型在此模型的指导下设计了将应用抽象映射到硬件上的算法映射算法保证系统的健壮性和可扩展性同时具有较高的效率JIALING在软件体系结构方面的贡献是给出了一个三层的抽象模型最上层的是报文处理应用抽象层JIALING的应用抽象层是PPE编程模型PPE编程模型是一种数据流图描述方法数据流图中的计算元称为PPEPPE之间通过信道绑定最下层是硬件抽象模型JIALING将网络处理器快速通道的硬件抽象为报文处理器网络接口和交换结构队列PPE编程模型到硬件抽

3、象的映射由中间的运行时系统完成本文选择Intel的IXP2XXX作为硬件平台展示了如何实现网络接口和队列的驱动并且还提供一个报文引擎抽象库将报文引擎之上的软件和具体硬件细节隔离开来本文给出了一个PPE编程模型的描述层次通过描述层次将高层的硬件无关描述转化到网络处理器相关描述JIALING的PPE编程模型具有动态链接和动态绑定的特点这是PPE编程模型实现的关键本文设计并实现了一个高效的动态绑定方法该方法在报文引擎内直接修改机器指令实现绑定在报文引擎之间通过队列实第I页上海交通大学硕士学位论文摘要现绑定JIALING通过扩展Intel的微引擎汇编器的方法实现PPE汇编器加载器被分为机制和

4、策略两个部分机制部分实现PPE之间的绑定策略部分定义映射算法JIALING的实现具有灵活性的特点它尽量利用特定网络处理器供应商提供的工具和软件直接处理硬件通过扩展这些工具提供适合于JIALING的接口本文研究了报文引擎的性能特征总结出性能模型该模型将硬件及其驱动程序视为快速通道基础架构基础架构之外是可用报文引擎每个可用报文引擎提供计算和指令存储预算其中计算预算由报文到达的频率和报文引擎速度决定本文分析了PPE的性能特性将PPE的需求分为计算需求和指令存储需求同时还研究了指令存储需求和计算需求的关系本文描述了将PPE描述的报文处理应用映射到硬件的方法指出了设计映射算法时的两个约束条件在

5、此基础上提出了流水优先和并行优先的两种映射算法本文通过实验验证了映射算法使生成的系统同时具有可扩展性和健壮性并且通过比较得出流水优先的算法在小型PPE占优的情况下比较高效而并行优先的算法在大型PPE占优的情况下比较高效关键词网络处理器报文处理应用抽象快速通道硬件抽象动态绑定映射算法第II页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFSOFTWAREARCHITECTUREFORNETWORKPROCESSORABSTRACTTherearetwoconflictrequirements,extensibilityandhighperf

6、ormance,inrecentnetworksystemdesign.Thenetworkprocessoremergestosolvethischallengeasanapplicationspecificprocessor.Ithaspacketprocessinginstructionset,multi-coreandmulti-threading.Butasithasnewandcomplexarchitecture,programmingnetworkprocessorbecomesachallenge.Wedemonstratethatwecandesignandimp

7、lementasoftwaresystem.Programmingnetworkprocessorbecomeseasyandeffectivebyusingthissoftwaresystem,andthetargetsystemcanmaintainextensibleandrobust.AnexampleofthesesoftwaresystemsiscalledJIALING.TheapproachesofJIALINGare:1)defineas