[发明专利]一种建立多核运行环境的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术，特别涉及一种建立多核运行环境的方法。

背景技术

X86平台从2006年双核概念的兴起，不到三年的时间，多核已经深入人 心，现在4核的处理器已经量产，6核的处理器也即将面世。多核化的趋势不 仅促使芯片厂商带来了更新的系统架构、更高的性能、更低的功耗和更多样化 的功能，而且对软件设计也带来了许多新价值和新挑战。操作系统在多核处理 器硬件平台上一般有两种构架，一种是对称多处理器架构（Symmetric  Multi-Processor，SMP）方式，另一种为AMP（Asynchronous Multi-Processor） 方式。如图1所示，为以4核为例的SMP架构示意图。

SMP方式就是将多个内核平等看待，每个内核运行的操作系统相同，这 种架构虽然比较简洁，但也有其固有缺陷：

1）这种全并发的架构对软件的要求很高，目前很多系统都是非并发安全 的，如果全部转为并发，工作量很大，不是在短时间内可以完成的。

2）为了解决对共享资源（内存数据、I/O等）的争用问题，需要使用大量 的锁机制，而这些锁的操作又影响了性能发挥，还有CPU之间的通信开销也 会随着CPU数量的增加也急剧上升，当内核数量的增加到一定的量级，这时 性能就不再增长甚至开始下降。

鉴于SMP的上述缺点，与之相对的AMP架构就备受关注，特别是在内 容安全领域，本身网络转发和内容过滤就是分层的，例如对于IPS产品可以采 用四核处理器的AMP架构，一个核专门处理网络数据的接收和发送，对于需 要进行内容匹配的数据流分类交给另外三个核处理，这三个核只负责IPS内容 的匹配，因为数据是分类处理的，很少会涉及到共享资源的竞争。通过这个方 式可以充分利用多核的资源，而却很小程度上涉及并发操作，对内存总线的争 用也减少到最低，可以解决现有代码无法利用多核资源的问题。

现有多核系统常见的AMP架构方案如下：

AMP方式就是将多个内核区别看待，可以运行不同的操作系统也可以在 相同的操作系统上运行不同的任务，各个处理器内核按照任务划分，各负其责， 规避共享资源的竞争。

1）拿出几个物理内核，在其上建立一种简易的系统环境（有时候直接叫 做“裸核”环境），在这个“洁净的空间”内运行单一任务（比如收发数据、模式 匹配等）往往可以获得极高的性能，这是AMP方式的特点，也是其优势。

2）在相同的操作系统上运行不同的任务也是同样的机理，只不过更容易 实现一些，相应的性能提升的效果也逊色一些。

但是，现有AMP架构技术存在下列缺点：

在运行不同操作系统的架构模式下，允许异构的操作系统运行在单一的处 理器体系中，例如RMI提供的Virtual MIPS mode。但是因为软件环境的不同， cpu的初始化以及内存的管理等需要额外的代码维护。

在运行相同的操作系统架构模式下，由于这些cpu都在一个操作系统中调 度，cpu之间的通信和同步开销不可避免，cpu数量越多，这个开销越大。

另外，在X86平台上，每一个网卡在初始化时都会分配一个irq号，可以 利用中断亲和力技术，把中断号irq号定向到指定的cpu上，这样就能实现所 有网络流量都由一个cpu处理，然后由这个cpu根据流量的特征分流给另外的 cpu处理，虽然也可以实现本方案的目的，但因为这个cpu还是工作在Linux 环境中，进程调度的发生会导致cache失效，还有与其它cpu之间的一些开销 不能避免，例如IPI中断；而且在扩展性方面也不如本方案，如果有更多的可 用cpu资源，使用中断亲和力技术实现起来很复杂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种建立多核运行环境的方法。

本发明的建立多核运行环境的方法，预先将多个cpu分为两组，一组是在 线cpu，运行标准的Linux操作系统，用于对报文的内容进行检查；另一组为 下线cpu，用于运行指定任务代码，当所有cpu的相关资源完成初始化后，使 部分在线cpu成为下线cpu，下线的cpu运行一个死循环函数cpu_idle，将指 定任务的代码入口函数嵌入到所述死循环函数cpu_idle中，所述下线cpu运行 指定任务代码，对接收到的网络报文按数据流进行分类分配给相应的在线cpu。