[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

说明书

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。本发明通过减少通信数据在主机内部存储之间的中间拷贝过程，夹块数据包接收和发送速率，提高数据通信效率，加快相应速度，从而提升web服务器的性能。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法、系统。

背景技术

Web服务器又称为网络服务器、WWW服务器、Http服务器，它从网络接收用户请求，并对用户请求作出相应。Web服务器可以响应静态页面或图片，也可以将响应的产生委托给其他的一些程序入CGI，JSP，PHP脚本等，请求的处理结果最终以Http协议规定的格式返回给浏览器。随着现代通信技术的发展，Web系统作为各种信息发布与交流的重要方式，所以其性能是重中之重，面对数以万计的用户，提高Web服务器的性能刻不容缓，这需要Web服务器具有更高的数据包处理速度和更低的传输延时。而影响web服务器性能的因素主要有两方面：一是网卡依靠中断方式从网络上接收和发送数据包，并且网卡和上层系统之前存在数据拷贝，中断操作和拷贝过程都要占用大量的CPU资源，二是传统系统的协议栈在数据包拆分和封装过程中，需要进行多次内存拷贝，占用较多的系统时间和空间资源。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法、系统，通过减少通信数据在主机内部存储之间的中间拷贝过程，夹块数据包接收和发送速率，提高数据通信效率，加快相应速度，从而提升web服务器的性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于零拷贝的提升WEB服务器性能的方法，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。

采用中断机制和轮询机制的NAPI捕捉数据包，提高了数据包接收和发送速率，加载PF_RING模块，通过DMA方式将捕捉的数据包拷贝到环状缓存中，降低了CPU的参与，减少CPU处理开销，提高了系统性能；再通过MMAP方式直接访问环状缓存中的数据减少了一次数据拷贝，上层系统通过MMAP的方式直接访问环状缓存，减少了数据在内核里的拷贝次数，节省系统空间和资源；而PF_RING的加载模式，不必修改网卡驱动，提高了网卡的通用性和可移植性，不会影响了已有部署在线上的Web服务器使用。

优选的，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。