[发明专利]一种网络收包模式自动调节方法

说明书

本发明提出了一种实现网络收包模式自动调节的方法。首先，对软件接收处理网络报文的模式划分为全中断，中断批处理，间隔轮询，忙等轮询四种收包模式；然后，设计一个网络收包调度程序，根据收包队列的读写统计计算出当前的网络负载情况，并根据网络负载情况调节收包模式。本方案可以通过收包模式的自动调节取得网络IO处理性能和CPU利用率之间的较好平衡。

技术领域

本发明属于计算机程序运行领域，具体地说，涉及一种网络收包模式自动调节方法。

背景技术

随着通用处理器性能的提升，云计算技术的兴起，越来越多的网络设备逐步转向通用处理器软件实现。在带来灵活性和低成本的同时，基于内核中断的软件收包处理方式逐渐成为性能瓶颈。究其原因，当网络设备收到大量网络报文时，中断会频繁发生，频繁打断报文处理逻辑的执行，使得大量CPU处理时间消耗在上下文切换上。

为了解决中断收包性能较低的问题，出现了一些基于忙等轮询模式的高性能网络解决方案，例如PF_RING和DPDK。忙等轮询模式避免了频繁中断引起的CPU开销，在网络负载很高时，使CPU获得更高的网络报文处理能力。但是，轮询模式也存在问题，在网络负载不高时，忙等轮询程序仍会持续占用CPU，持续访问空的收包队列，CPU不能处理其他计算任务，造成整机性能下降，功耗上升。

有的技术方案试图结合中断和轮询方式，以期获得两种模式的优点。例如，Linux内核的NAPI网络驱动程序，允许在一次中断后执行多次轮询收包，轮询的次数和轮询的时间间隔可配置。本文称这种模式为中断批处理模式。使用这种方式，可以通过轮询次数和轮询间隔的配置，适应更广的网络负载场景。但是，中断批处理模式仍缺少一种根据负载自动调整轮询间隔和次数的机制，导致其轮询调整不够及时，不能获得最好的CPU和网络性能平衡。网络设备的收包负载情况会随时间发生变化，而目前的网络设备软件收包方案，收包模式不够灵活，在网络负载变化时不能及时调整收包模式，导致网络IO性能不足或者CPU利用率不高。例如，网络负载很低时，使用中断收包模式可以避免轮询空队列带来的CPU空耗，而使用轮询忙等方式就会造成CPU的利用率降低；网络负载很高时，轮询忙等收包模式可以避免频繁发生CPU中断带来的上下文切换开销，获得最高网络处理性能，而中断收包模式会造成CPU被空耗在中断上下文的切换上，网络性能下降。

术语介绍：

中断：中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行

轮询：由CPU定时发出询问，依序询问每一个对象是否需要其服务，有即给予服务，服务结束后再询问下一个对象，不断周而复始。

发明内容

本发明针对现有技术不能很好地平衡网络IO处理性能和CPU的利用率的问题，提出了一种网络收包模式自动调节方法，通过划分全中断，中断批处理，间隔轮询，忙等轮询四种收包模式，并设定一个收包调度程序，实现了网络IO处理性能和CPU利用率之间的较好平衡。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种网络收包模式自动调节方法，根据收包处理线程的负载，也就是收包处理线程的收包处理速率，设定四种收包处理模式：完全中断模式、中断批处理模式、间隔轮询模式、忙等轮询模式；并设置收包调度程序同时对多个收包处理线程的模式进行切换。

为了更好地实现本发明，进一步地，给收包处理线程的四个模式分别设定处理负载的范围；对于收包处理线程的模式切换，具体操作如下：

当处于完全中断模式的收包处理线程的负载超过完全中断模式所设定的范围时，由收包调度程序将收包处理线程的模式从完全中断模式切换为中断批处理模式；