[發(fā)明專利]一種數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法

有效

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• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107257329B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊惠;李韜;呂高鋒;孫志剛;趙國鴻;毛席龍;全巍;張彥龍;范鵬冉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法。本方法是一種軟硬件協(xié)同的、分組I/O開銷低、硬件實現(xiàn)復雜度低的大塊數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法。將一部分硬件的功能卸載到軟件實現(xiàn)，即采用驅(qū)動切分大報文及更新報文頭字段，省去了硬件分段計算處理開銷，大大降低硬件設(shè)計復雜度；另外，本發(fā)明支持低開銷分組I/O，大大降低軟硬件協(xié)同代價，同時相較于支持輕量級分組I/O的網(wǎng)卡，省去了分段報文到專用軟件緩沖區(qū)的一次拷貝，僅將切分后內(nèi)容更新的報文頭部分拷貝到軟件緩沖區(qū)，大大提高性能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分段卸載的高效發(fā)送。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到多核網(wǎng)絡(luò)分組處理中，支持大塊數(shù)據(jù)高效發(fā)送的軟硬件方法設(shè)計領(lǐng)域，特指在多核網(wǎng)絡(luò)分組處理中的一種軟硬件協(xié)同的、分組I/O開銷低、硬件實現(xiàn)復雜度低的大塊數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法。

背景技術(shù)

隨著新型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、協(xié)議的發(fā)展，越來越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聚合存儲資源，為全系統(tǒng)提供安全快速的存儲服務(wù)能力。主機系統(tǒng)和存儲設(shè)備之間數(shù)據(jù)的封裝和快速可靠傳輸，為存儲資源的按需調(diào)度和共享共用提供有力支撐。具備高可編程性的通用多核處理器是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中廣泛采用的數(shù)據(jù)平面處理核心器件。然而，傳統(tǒng)網(wǎng)卡最大只能支持最大分段長度MSS（Max Segment Size，一般為MTU-IP頭-TCP頭）大小的數(shù)據(jù)傳輸，當請求大量數(shù)據(jù)時，TCP發(fā)送方必須將大塊數(shù)據(jù)拆分成MSS大小的數(shù)據(jù)塊，然后進一步封裝為數(shù)據(jù)包形式，以便最終可以在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。由于多核處理器需要對每個分段進行處理，降低了其處理效率。

已有研究TSO技術(shù)，支持大報文的直接發(fā)送，TCP發(fā)送方CPU直接將大塊數(shù)據(jù)（最大支持64KB大小）交給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行TCP段的分割，將大部分CPU的處理工作轉(zhuǎn)移到網(wǎng)卡來處理，即報文的切分與校驗全部交給硬件實現(xiàn)，從而減少CPU必須處理的數(shù)據(jù)包數(shù)量，達到提高網(wǎng)絡(luò)處理性能的技術(shù)。支持TSO技術(shù)的網(wǎng)卡，需要支持TSO和分散-聚集SG（Scatter-Gather）技術(shù)，以及TCP校驗和計算功能，由網(wǎng)卡驅(qū)動或網(wǎng)卡硬件完成報文分段和TCP校驗和計算功能，因而TSO技術(shù)需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供報文分段功能，對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求較高，軟硬復雜度高。另外，基于TSO技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分組深度處理需要軟硬件的協(xié)同工作，在軟硬件協(xié)同分組處理流中，軟硬件的通信開銷過大會嚴重影響系統(tǒng)進行分組深度處理的性能。另外一種更為通用的分段技術(shù)GSO（General Segment Offload），該技術(shù)將分段的時機推遲到將數(shù)據(jù)報文提交給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動之前完成，并且支持TCPv4之外的其它協(xié)議類型，如TCPv6、UDP和DCCP等。同樣的，該技術(shù)需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持GSO和SG功能。且該技術(shù)在性能上的提升效果較TSO技術(shù)低。SG是一種與非連續(xù)物理地址傳輸?shù)膲KDMA方式相對應(yīng)的DMA方式。它通過一個鏈表描述物理不連續(xù)的內(nèi)存地址，然后把鏈表首地址告訴DMA控制器。DMA 控制器傳輸完一塊物理連續(xù)的數(shù)據(jù)后，不發(fā)中斷，根據(jù)鏈表記錄內(nèi)容傳輸下一塊物理不連續(xù)的數(shù)據(jù)，最后再發(fā)起一次中斷。

另外，為了降低分組I/O帶來的軟硬件通信開銷等，已有研究提出了輕量級的分組I/O技術(shù)，這種低開銷的分組處理通信機制，通過緩沖區(qū)管理卸載技術(shù)、標化DMA訪存等軟硬件協(xié)同技術(shù)，實現(xiàn)分組的零拷貝、無中斷的下發(fā)，從而降低分組在軟硬間的通信開銷。然而輕量級的分組I/O技術(shù)，所有的報文在發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之前，都要拷貝到硬件管理的固定緩沖區(qū)中，帶來額外的內(nèi)存拷貝代價，影響大報文的發(fā)送性能。

綜上所述，需針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中高效的數(shù)據(jù)發(fā)送需求，提供一種支持大塊數(shù)據(jù)高效發(fā)送、分組I/O開銷低、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件實現(xiàn)復雜度低的軟硬件協(xié)同的大塊數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法，從而配合多核處理器以滿足應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種軟硬件協(xié)同的、分組I/O開銷低、硬件實現(xiàn)復雜度低的大塊數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種數(shù)據(jù)分段卸載發(fā)送方法，包括以下步驟：