高性能服务器计算框架的研究与设计

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1、高性能服务器计算框架的研究与设计作者：寺旨导教师：郭庆涛郑滔教授南京大学研究生毕业论文(申请工学硕士学位)南京大学软件学院2011年5月TheResearchandDesignofHighPerformanceServerFrameworkGUO，QingtaoSubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringSupervisedbyProfessorZHENG，TaoSoftwareInstituteNANJINGUNIVERSlTYNanjing

2、，China一一，May,2011摘要随着互联网的高速发展，在互联网上购物、娱乐、休闲、与人交流、搜索信息已经成为人们日常生活的重要组成部分；企业也开始把他们与顾客和业务伙伴之间的联络转移到互联网上，通过网络来完成交易，建立与客户之间的联系。互联网的用户数和流量正以几何级数增长，海量的用户连接和数据对网络后台的服务器提出了严峻的挑战。随着用户的急剧增长，互联网应用或者Web站点开始不能及时处理用户的请求，导致用户进行长时间的等待，大大降低了服务质量。互联网环境的变化，硬件体系的多核进化，TCP协议中的一些实现理念开始显得陈旧，甚至限制了现有的互联网应用性能

3、的提升。目前国内外的服务器开发框架仍未能将这些关键因素考虑入内，而服务器的性能短板却往往集中在网络IO效率以及海量连接的维护上。本文提出了一个新的轻量级的高性能服务器开发框架LHP．Svrframe，用以构建服务于海量连接和数据的互联网应用服务器。除了一个普通的服务器开发框架的应该提供的模块之外，例如基本的网络通讯管理、自定义应用层协议开发以及服务器进程处理模型等，LHP．Svrframe还提供了如下额外的优化设计。首先，LHP．Svrframe针对多核处理器的架构特点，提供了一个网卡数据中断信号压力平摊的模块，使海量网络请求达到所产生的处理压力可以较为平

4、均地分摊在处理器的每个核上面，而不是像之前只有一个处理器核进行处理而闲置了其他核的计算力。其次，我们通过对TCP的拥塞窗1：3、Nagle算法和延时ACK机制的调整、实验和优化，总结出适应当今互联网整体环境的实验值和协议栈调整的方式，然后通过API的形式提供给开发人员，使得服务器能够更加有效率地利用可用的带宽，提升服务器的吞吐量。最后，LHP．Svrframe还提供了一个基于多进程的半同步．半异步处理模型的改良设计，使开发人员可以更好地利用多核处理器的优势，并且可以可选的CPU亲缘性设计避免了进程在多个处理器核之间频繁切换而导致的“Cacheline—pi

5、ngpong"现象。本文最后基于LHP．Svrframe开发了一个高性能网络服务器BRSvr，并且通过大量的服务器性能压力测试实验证明，使用LHP．Svrframe构建的服务器的性能明显优于其他框架和现有的服务器。关键词：海量连接，海量数据，高性能服务器框架，TCP协议栈优化AbstractWiththerapiddevelopmentoftheInternet，shopping，communicatingandentertainmentontheInternethasbeenbecominganimportantpartofdailylife；compa

6、nieshavebeguntoputtheirbusinessontheInternet，andtobetterservethecustomersthroughtheonlineapplications．Therefore，thegrowingnumberoftheInternetusersandapplicationsisgeneratingmuchmorepressureonthebackendserver．Thenetworkserverisfacingaseverechallengenow．Massiveuserconnectionsandmass

7、ivedataIOkeeptheserverfromwellprocessingeveryuserrequestinatimelymanner,greatlyreducingthequalityoftheInternetservice．TheInternetuserssometimeshavetowaitalongtimetogetwhattheywant．ChangesinthewholeInternetenvironment，theevolutionofmulti—corehardwaresystem，someoldfashionofTCPprotoc

8、olimplementation⋯allofthesehasbeg