[发明专利]基于多核网络处理器的慢速路径、快速路径及其接口设计方法

说明书

技术领域

本发明属于一种多核网络处理器，特别是一种基于多核网络处理器的慢速路径、快速路径及其接口设计方法。

背景技术

多核网络处理器是指在单个封装内集成了更多的执行核，每个执行核是独立的处理器，具有自己的执行集合以及体系结构资源；它基于片上系统平台(SOC)，集成多层应用加速和安全处理硬件单元，以及可配置的网络接口。多核网络处理器可以高速处理控制/数据平面、应用感知内容处理、深度包检测、模式匹配和加密加速。它被广泛的设计进了各种网络设备，包括路由器、交换机、应用认知(Application-aware)网关、三网合一(Triple-play)网关、无线局域网(WLAN)、3G接入和聚合设备以及网络存储设备等。在这些环境中，网络正在进化成一个可以提供数据、语音和视频内容的多元混合体；应用传输需要线速处理L3-L7的数据和内容，加密、认证、入侵防护和防病毒等多层安全以及多功能的整合也成为了必须。因此，基于多核网络处理器的软件架构的通用性和高性能成为其广泛应用的核心问题。

现在，基于多核网络处理器的软件架构与实现都变为极为复杂，近年来，国内外学者在多核网络处理器的软件架构方面做了大量的研究，但仍然存在许多尚未解决的问题，特别基于不同多核网络处理器架构上，提供高性能的、面向高层应用设计的研究尚处于初期阶段。

发明内容

本发明的目的是在总结前人研究工作的基础上，对多核网络处理器的分层软件架构、软件抽象层、内核优化、并行多线程设计、应用层平台化进行了系统而深入的研究.着重研究了软件架构的控制平面和数据平面分层结构、快速路径与慢速路径及其接口设计，提出了一个从硬件抽象层到应用管理的完整软件架构，实现对多核网络处理器的性能和功能的完整实现的基于多核网络处理器的慢速路径、快速路径及其接口设计方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：

第一步骤：构建多平面软件架构：包括控制平面、数据平面、快速路径管理器和缓冲管理器，其中：

控制平面：用来控制信令协议和本地数据包；

数据平面：包括慢速路径和快速路径，用来完成数据包的转发；

快速路径管理器：在快速路径的存储结构上存储转发路由，从快速路径中收集例外并向慢速路径传送数据包，同时，从快速路径的存储结构中获取统计信息；

缓冲管理器：控制平面内的公共API，通过与快速路径管理器之间的接口，使快速路径管理器感知到控制平面功能参数的改变；

第二步骤：快速路径与慢速路径的接口设计：

快速路径虚拟接口(FPVI)：在软件架构中，将快速路径中通过快速路径虚拟接口(FPVI)进入内核网络栈的数据包定义为两类例外过程。这些例外都将数据包传送到慢速路径；

快速路径与缓冲管理器接口(FPC)：缓冲管理器通过Netlink监听到异步Netlink事件，然后通过FPC接口将各种内核服务状态转换传送到快速路径管理器(FPM)，而后由FPM对快速路径中的处理过程进行同步更新状态；

快速路径统计接口(FPS)：是内核收集物理或逻辑接口统计信息与MIB(管理信息数据库)的接口，FPS利用net_device的get_stats()获得网络设备及其活动的统计结果和信息，这些信息以net_device_stats结构的形式返回，net_device结构中没有指向含有统计数据的net_device_stats结构的指针，统计数据的结构必须被容纳在网络驱动程序的私有数据空间中，并由驱动程序方法get_stats()调用。

本发明针对多核网络处理器的特性，设计多平面分层的软件架构，提供高效的层2到层7的交换路由能力。针对多核网络处理器的硬件和软件特性，在系统软件发面进行架构设计，同时利用对Linux内核方面的研究，开发出能够发挥多核网络处理器的高性能的软件架构和接口，对Linux内核中没有的快速路径和慢速路径的划分进行了重新设计，并从控制平面和内核的角度新增了多个通用接口，能够从应用复杂性和高性能需求的角度，对多核网络处理器的应用开发提供先进的支持。

附图说明

图1为本发明多平面软件构架图。

图2为本发明FPVI基本例外处理过程数据流程图。

图3为本发明本地发送例外处理过程图。

图4为本发明FPC与CM服务消息调动流程图。

图5为本发明CM与FPM之间的消息处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述