[發(fā)明專利]一種網(wǎng)絡(luò)收包模式自動調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010361721.0
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111580949B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉佳;范淵;吳永越;鄭學(xué)新;劉韜
• 申請（專利權(quán)）人: 成都安恒信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹新路

本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收包模式自動調(diào)節(jié)的方法。首先，對軟件接收處理網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的模式劃分為全中斷，中斷批處理，間隔輪詢，忙等輪詢四種收包模式；然后，設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)收包調(diào)度程序，根據(jù)收包隊(duì)列的讀寫統(tǒng)計(jì)計(jì)算出當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況調(diào)節(jié)收包模式。本方案可以通過收包模式的自動調(diào)節(jié)取得網(wǎng)絡(luò)IO處理性能和CPU利用率之間的較好平衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行領(lǐng)域，具體地說，涉及一種網(wǎng)絡(luò)收包模式自動調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

隨著通用處理器性能的提升，云計(jì)算技術(shù)的興起，越來越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐步轉(zhuǎn)向通用處理器軟件實(shí)現(xiàn)。在帶來靈活性和低成本的同時(shí)，基于內(nèi)核中斷的軟件收包處理方式逐漸成為性能瓶頸。究其原因，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收到大量網(wǎng)絡(luò)報(bào)文時(shí)，中斷會頻繁發(fā)生，頻繁打斷報(bào)文處理邏輯的執(zhí)行，使得大量CPU處理時(shí)間消耗在上下文切換上。

為了解決中斷收包性能較低的問題，出現(xiàn)了一些基于忙等輪詢模式的高性能網(wǎng)絡(luò)解決方案，例如PF_RING和DPDK。忙等輪詢模式避免了頻繁中斷引起的CPU開銷，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很高時(shí)，使CPU獲得更高的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文處理能力。但是，輪詢模式也存在問題，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不高時(shí)，忙等輪詢程序仍會持續(xù)占用CPU，持續(xù)訪問空的收包隊(duì)列，CPU不能處理其他計(jì)算任務(wù)，造成整機(jī)性能下降，功耗上升。

有的技術(shù)方案試圖結(jié)合中斷和輪詢方式，以期獲得兩種模式的優(yōu)點(diǎn)。例如，Linux內(nèi)核的NAPI網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，允許在一次中斷后執(zhí)行多次輪詢收包，輪詢的次數(shù)和輪詢的時(shí)間間隔可配置。本文稱這種模式為中斷批處理模式。使用這種方式，可以通過輪詢次數(shù)和輪詢間隔的配置，適應(yīng)更廣的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載場景。但是，中斷批處理模式仍缺少一種根據(jù)負(fù)載自動調(diào)整輪詢間隔和次數(shù)的機(jī)制，導(dǎo)致其輪詢調(diào)整不夠及時(shí)，不能獲得最好的CPU和網(wǎng)絡(luò)性能平衡。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的收包負(fù)載情況會隨時(shí)間發(fā)生變化，而目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件收包方案，收包模式不夠靈活，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化時(shí)不能及時(shí)調(diào)整收包模式，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)IO性能不足或者CPU利用率不高。例如，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很低時(shí)，使用中斷收包模式可以避免輪詢空隊(duì)列帶來的CPU空耗，而使用輪詢忙等方式就會造成CPU的利用率降低；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很高時(shí)，輪詢忙等收包模式可以避免頻繁發(fā)生CPU中斷帶來的上下文切換開銷，獲得最高網(wǎng)絡(luò)處理性能，而中斷收包模式會造成CPU被空耗在中斷上下文的切換上，網(wǎng)絡(luò)性能下降。

術(shù)語介紹：

中斷：中斷是指計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)某些意外情況需主機(jī)干預(yù)時(shí)，機(jī)器能自動停止正在運(yùn)行的程序并轉(zhuǎn)入處理新情況的程序，處理完畢后又返回原被暫停的程序繼續(xù)運(yùn)行

輪詢：由CPU定時(shí)發(fā)出詢問，依序詢問每一個(gè)對象是否需要其服務(wù)，有即給予服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后再詢問下一個(gè)對象，不斷周而復(fù)始。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不能很好地平衡網(wǎng)絡(luò)IO處理性能和CPU的利用率的問題，提出了一種網(wǎng)絡(luò)收包模式自動調(diào)節(jié)方法，通過劃分全中斷，中斷批處理，間隔輪詢，忙等輪詢四種收包模式，并設(shè)定一個(gè)收包調(diào)度程序，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)IO處理性能和CPU利用率之間的較好平衡。

本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容如下：

本發(fā)明提出了一種網(wǎng)絡(luò)收包模式自動調(diào)節(jié)方法，根據(jù)收包處理線程的負(fù)載，也就是收包處理線程的收包處理速率，設(shè)定四種收包處理模式：完全中斷模式、中斷批處理模式、間隔輪詢模式、忙等輪詢模式；并設(shè)置收包調(diào)度程序同時(shí)對多個(gè)收包處理線程的模式進(jìn)行切換。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步地，給收包處理線程的四個(gè)模式分別設(shè)定處理負(fù)載的范圍；對于收包處理線程的模式切換，具體操作如下：

當(dāng)處于完全中斷模式的收包處理線程的負(fù)載超過完全中斷模式所設(shè)定的范圍時(shí)，由收包調(diào)度程序?qū)⑹瞻幚砭€程的模式從完全中斷模式切換為中斷批處理模式；