[發(fā)明專利]用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的數(shù)據(jù)報文處理方法

有效

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• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103312601B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高福亮
• 申請（專利權(quán)）人: 漢柏科技有限公司
• 主分類號: H04L12/70
• 分類號: H04L12/70
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及報文處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的數(shù)據(jù)報文處理方法。

背景技術(shù)

主機在收發(fā)和處理網(wǎng)絡(luò)報文時，通常采用兩種方式：

一種是由內(nèi)核加載網(wǎng)卡驅(qū)動，進行報文收發(fā)，通過數(shù)據(jù)拷貝送到用戶態(tài)進程進行業(yè)務(wù)處理；

另一種是由用戶態(tài)加載網(wǎng)卡驅(qū)動，進行報文收發(fā)，對于需要轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)核處理的主機報文，通過socket創(chuàng)建特殊套接字或通過proc文件系統(tǒng)創(chuàng)建文件實現(xiàn)與內(nèi)核的數(shù)據(jù)交互。

第一種方式的缺點在于：內(nèi)核加載網(wǎng)卡驅(qū)動進行報文收發(fā)，在萬兆網(wǎng)卡大流量的沖擊下會引發(fā)大量中斷，消耗一定的CPU性能（特別是X86體系架構(gòu)），同時Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài)的數(shù)據(jù)拷貝也會造成系統(tǒng)性能的損耗；

第二種方式的缺點在于：用戶態(tài)加載網(wǎng)卡驅(qū)動進行報文收發(fā)，雖然降低了性能損耗，但是針對一些主機報文業(yè)務(wù)處理（例如Linux內(nèi)核的PPPoE、DHCP等）需要感知實際物理網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口狀態(tài)，而內(nèi)核沒有網(wǎng)絡(luò)接口可感知操作，此時就會出現(xiàn)問題，同時還涉及用戶態(tài)報文PKB與內(nèi)核SKB格式轉(zhuǎn)換問題。

發(fā)明內(nèi)容

（一）所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的數(shù)據(jù)報文處理方法，以降低網(wǎng)卡驅(qū)動加載造成的性能損耗，同時使內(nèi)核態(tài)能夠感知實際物理網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口狀態(tài)。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的數(shù)據(jù)報文處理方法，所述方法包括以下步驟：

S1、通過TUN/TAP驅(qū)動的方式在內(nèi)核態(tài)創(chuàng)建虛擬網(wǎng)卡；

S2、在用戶態(tài)進行網(wǎng)卡驅(qū)動加載，并將用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口信息發(fā)送給所述虛擬網(wǎng)卡；

S3、所述虛擬網(wǎng)卡根據(jù)用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口信息創(chuàng)建虛擬接口，所述虛擬接口的數(shù)量及狀態(tài)與用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口保持一致；

S4、當(dāng)接收到需要內(nèi)核態(tài)處理的報文時，用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口將所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文發(fā)送給所述虛擬網(wǎng)卡，所述虛擬網(wǎng)卡將所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文發(fā)送給內(nèi)核態(tài)進行處理。

可選的，步驟S4之后還包括步驟：

S5、內(nèi)核態(tài)將處理后得到的待發(fā)送報文發(fā)送給所述虛擬網(wǎng)卡，所述虛擬網(wǎng)卡將所述待發(fā)送報文發(fā)送給用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口進行發(fā)送。

可選的，步驟S3進一步包括：在所述虛擬接口中掛載所述虛擬網(wǎng)卡的報文處理函數(shù)。

可選的，步驟S4具體包括：

當(dāng)接收到需要內(nèi)核態(tài)處理的報文時，用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口將所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文發(fā)送給所述虛擬網(wǎng)卡，所述虛擬網(wǎng)卡查找出所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文對應(yīng)的虛擬接口，并調(diào)用該虛擬接口中掛載的所述虛擬網(wǎng)卡的報文處理函數(shù)，所述虛擬網(wǎng)卡的報文處理函數(shù)將所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文發(fā)送給內(nèi)核態(tài)進行處理。

可選的，步驟S4之前還包括步驟：

S0、在用戶態(tài)創(chuàng)建報文鏈表A和報文鏈表B，其中，報文鏈表A用于對所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文進行緩存，報文鏈表B用于對所述待發(fā)送報文進行緩存。

可選的，步驟S4具體包括：

S401、當(dāng)接收到需要內(nèi)核態(tài)處理的報文時，用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口將所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文放入報文鏈表A；

S402、所述虛擬網(wǎng)卡從報文鏈表A中提取所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文并將其發(fā)送給內(nèi)核態(tài)進行處理。

可選的，步驟S5具體包括：

S501、內(nèi)核態(tài)將處理后得到的待發(fā)送報文發(fā)送給所述虛擬網(wǎng)卡，所述虛擬網(wǎng)卡將所述待發(fā)送報文放入報文鏈表B；

S502、用戶態(tài)的網(wǎng)絡(luò)接口從報文鏈表B中提取所述待發(fā)送報文并將其進行發(fā)送。

可選的，步驟S402中，所述虛擬網(wǎng)卡通過write函數(shù)從報文鏈表A中提取所述需要內(nèi)核態(tài)處理的報文。

可選的，步驟S501中，所述虛擬網(wǎng)卡通過read函數(shù)將所述待發(fā)送報文放入報文鏈表B。

可選的，步驟S1具體包括：

調(diào)用open函數(shù)以設(shè)備文件的形式在內(nèi)核態(tài)創(chuàng)建虛擬網(wǎng)卡，并為所述虛擬網(wǎng)卡配置默認IP和路由。

（三）有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明的技術(shù)方案實現(xiàn)了網(wǎng)卡驅(qū)動加載及收發(fā)報文在用戶態(tài)進行，消除了內(nèi)核態(tài)網(wǎng)卡驅(qū)動中斷及數(shù)據(jù)拷貝造成的性能損耗；同時，注冊維護的一套網(wǎng)絡(luò)接口和一套虛擬接口，可分別滿足用戶態(tài)、內(nèi)核態(tài)對物理網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口狀態(tài)的感知需求，且無需考慮用戶態(tài)報文PKB與內(nèi)核態(tài)SKB格式轉(zhuǎn)換的問題。

附圖說明