[发明专利]一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法、系统

权利要求书

1.一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法，其特征在于：在Linux内核中加载PF_RING模块，加载了PF_RING模块的网卡采用基于设备轮询的NAPI方式捕捉数据包，采用DMA的方式将数据包存储在环状缓存中，PF_RING模块通过MMAP机制直接将数据包传至应用层。

2.根据权利要求1所述一种提升WEB服务器性能的方法，其特征在于：NAPI方式采用中断机制和轮询机制相结合，当数据量低时采用中断机制接收数据，当数据量高时采用轮询机制接收数据，包括网卡采用基于设备轮询的NAPI方式捕捉数据包的过程：

步骤A：当网络设备接收数据包或者发送数据包时，触发中断处理函数执行，网卡发出中断信号，CPU接收中断信号，开启中断处理开始并处理中断请求；

步骤B：若在中断处理函数被触发期间，有数据包达到需要接收，则中断处理函数会关闭中断处理开始，将网络设备注册到轮询队列中，并关闭对该网络设备的中断响应，触发软中断处理；

步骤C：软中断处理被触发后，开始软中断处理，首先轮询网络设备，然后读取所有数据包，读取完毕后，网络设备从轮询队列中排出，并检查轮询队列是是否为空，若为空，则软中断处理结束；若不为空，则重新开始新的一轮软中断处理，直至轮询队列为空。

3.根据权利要求1所述一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法，其特征在于：所述环状缓存存在两个接口，分别是PF_RING接口a和PF_RING接口b，PF_RING接口a供网卡向其中写入数据包，PF_RING接口b为应用层提供读取数据包；包括加载了PF_RING模块的网卡将数据包传至应用层的过程：

步骤S1：网卡通过加载PF_RING模块，采用的NAPI方式捕捉数据包后，通过DMA的方式将数据包拷贝到环状缓存；

步骤S2:网卡通过MMAP的方式将数据包从环状缓存中写入PF_RING接口a；

步骤S3:PF_RING接口b将数据包通过MMAP的方式直接传至应用层。

4.根据权利要求1所述一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法，其特征在于：包括通过DMA的方式将数据包拷贝到环状缓存，并读取到内存中的过程：

步骤R1：CPU对DMA控制器进行初始化操作并将操作指令发送至I/O接口；

步骤R2：I/O接口提出DMA请求，DMA控制器对DMA请求进行优先级判断并响应请求；

步骤R3：接着判断是否将数据包加载到内存中，若是，则CPU直接将数据包读取到内存中；若不是，则将数据包读取到环状缓存中，然后CPU再将数据读取到内存中。

5.根据权利要求1所述一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法，其特征在于：

所述MMAP机制对于每段数据只进行一次物理地址映射到虚拟地址的操作，即后续访问被MMAP机制映射过的数据将不再检测地址的合法性；

MMAP机制不需要对数据进行拷贝，直接将数据地址指针传递至应用层。

6.一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能方法的系统，其特征在于：通过NAPI的方式捕捉数据，然后通过DMA方式将捕捉的数据包拷贝到环状缓存中，最后通过MMAP机制直接将数据包传至应用层；包括采用NAPI方式捕捉数据包模块，利用中断机制和轮询机制相互结合，用于当数据量低时采用中断机制接收数据，当数据量高时采用轮询机制接收数据；

当网络设备接收数据包或者发送数据包时，触发中断处理函数执行，网卡发出中断信号，CPU接收中断信号，开启中断处理开始并处理中断请求；

若在中断处理函数被触发期间，有数据包达到需要接收，则中断处理函数会关闭中断处理开始，将网络设备注册到轮询队列中，并关闭对该网络设备的中断响应，触发软中断处理；

软中断处理被触发后，开始软中断处理，首先轮询网络设备，然后读取所有数据包，读取完毕后，网络设备从轮询队列中排出，并检查轮询队列是是否为空，若为空，则软中断处理结束；若不为空，则重新开始新的一轮软中断处理，直至轮询队列为空。