[发明专利]提高网络数据包处理效率的方法

说明书

本发明公开了一种提高网络数据包处理效率的方法，包括步骤：对每个独立网卡收发包队列，绑定单独的物理CPU核心(或线程)对其进行处理。这样，每个核心只处理指定队列的数据，不会在多个队列中切换，也就避免了CPU等待和切换的过程。然后通过网卡的DMA技术(直接存储技术)将数据包直接存储到主存中，不需要占用CPU资源。最后通过同源同宿处理，将相同数据流的数据包放到相同的队列中供上层应用分析处理，这样就进一步减少了CPU多核心之间的上下文关联操作，相对地提高了CPU的处理性能。本发明能较大地提升系统整体的并发处理性能和网卡的吞吐量，满足对大量数据处理的要求。

技术领域

本发明涉及网络数据包处理技术领域，更为具体地，涉及一种提高网络数据包处理效率的方法。

背景技术

随着社会信息化的迅猛发展，越来越多的网络应用接入到互联网中，导致网络流量的越来越多，网络应用传输的数据量爆发性增加，导致骨干网的网络带宽也越来越大。因此对于网络设备对数据包的处理效率也提出了越来越高的要求。

图1，2为常规的数据包处理方案，图中Worker可以是独立的多个进程，也可以是同一个进程的多个不同线程。现有技术主要存在如下不足：

1)效率低，数据包收取的过程中，所有收取的数据包都需要从网卡到网卡驱动，再经过操作系统的IP协议栈的处理，然后再交给用户态的应用层程序。这个过程有至少一次内存拷贝。数据包的发送过程中，所有发送的数据包都需要从用户态的应用层到操作系统的IP协议栈，然后再到网卡驱动程序，最后由网卡将数据包发送出去。这个过程也至少有一次内存拷贝。内存的拷贝，是非常消耗系统总线资源的，会引起CPU的“忙等”，浪费大量资源。

2)对于大流量，资源占用大，还容易引起丢包。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高网络数据包处理效率的方法，极大地提高了网络设备对数据包的并发处理效率，能够处理大流量，不丢包，可以根据用户使用情况，采取不同的工作模式，从而降低设备能耗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高网络数据包处理效率的方法，包括一个绑定步骤；该步骤用于将网卡上的每一个收发包队列分别绑定到一个单独的CPU核心上。

进一步的，所述CPU核心，其处理的数据是独占的，每个CPU核心处理的数据不与其他的CPU核心或线程所处理的数据进行交换。

进一步的，该方法有两种具体实现模式，一种是内核态工作模式，一种是用户态工作模式，如果选择内核态工作模式，则驱动程序工作在内核态，则跳入步骤S1；如果选择用户态工作模式，则驱动程序运行在用户态，则跳入步骤S2。

进一步的，在步骤S1中，包括如下步骤：

S11，网卡驱动程序在系统主内存中初始化两块共享内存，一块为发包区，另一块为收包区，长期驻留；上层应用程序在用户空间对该共享内存进行映射，从而上层应用能够直接访问网卡收到的数据；

S12，网卡通过DMA和硬件Hash，将数据包缓存到共享内存的收包区，并修改硬件收包队列；

S13，网卡产生硬中断，通知驱动程序来收包；

S14，网卡驱动程序读取硬件收包队列中的数据，进行软件Hash，对数据包进行同源同宿处理，将数据包均匀地分配到所有的软件队列中处理，并且同一数据流会分配到同一队列中去处理；

S15，网卡驱动程序产生软中断，通知上层应用程序接收数据包；

S16，上层应用程序读取软件队列中的数据包并进行处理；

S17，将处理后的数据包写入共享内存的发包区；

S18，通知驱动程序发送数据包；