[发明专利]基于容器线程管理技术的大规模网络节点拟真方法

说明书

本发明公开了一种基于容器线程管理技术的大规模网络节点拟真方法，主要解决现有技术在大规模网络场景下创建过多线程的问题。其主要实现步骤为：调度网络拟真场景内所有节点；节点通过空闲线程管理队列管理其动态线程，并为其动态线程设置有限状态机和函数指针；源节点将其发送队列注册到接收节点，并通知接收节点分配一个用于接收处理发送队列的接收处理线程；发送线程与接收处理线程通过检查发送队列的状态动态调整接收处理线程数量。本发明减少创建过多线程产生的系统开销，降低了多线程处理队列的并发控制开销，可用于提高节点拟真效率，提高拟真系统整体吞吐量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及网络通信技术领域中的一种基于容器线程管理技术的大规模网络节点拟真方法。本发明可以用于大规模网络通信节点的高性能实时仿真。

背景技术

网络仿真是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，通过建立网络设备和网络链路的统计模型，模拟网络流量的传输，从而获取网络设计及优化所需要的网络性能数据的一种高新技术。随着通信网络技术的发展，网络仿真面临拓扑复杂化、规模巨大化、高动态、真实流量承载仿真以及半实物接入验证等需求和挑战。目前主流的网络仿真软件如NS3、OPNET、OMNET等节点分组处理实时性低下，在大规模仿真场景下不具备拟真能力，无法实现对超大规模动态网络节点的真实协议栈验证。

网络仿真系统中每一个网络节点具有多条独立工作的传输链路以实现节点之间的分组传输，针对每一个链路均使用独立的线程进行分组的接收处理不仅符合实时工作节点的工作状态，而且可以对数据帧的链路传输过程进行有效仿真。但是，在大规模网络仿真场景下，如果网络节点的所有传输链路均设置一个独立处理线程，就会导致系统创建大量的处理线程，占用大量的额外内存资源，特别是有许多链路处于空闲的状态时；其次，由于网络负载不均衡的特点，大量的传输链路处于低负载状态，如果每个低负载链路使用独立的处理线程，会导致各线程频繁的唤醒与休眠，从而造成大量的线程切换开销，进一步导致CPU处理开销增加；此外，考虑到系统中存在某些节点的多条传输链路均进行分组传输，使用已有的互斥锁技术实现并发控制会产生频繁线程调度的时间开销，使用已有的自旋锁技术则会导致占用过高的CPU资源，如何避免处理线程间的互斥导致系统的吞吐量下降，也是大规模实时仿真的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于容器线程管理技术的大规模网络节点拟真方法，旨在解决大规模网络拟真场景下系统创建的处理线程过多占用大量的额外内存资源，每个低负载链路使用独立的处理线程导致CPU处理开销增加，以及处理线程间的互斥导致系统的吞吐量下降的问题。

为实现上述目的，本发明的具体思路是：

本发明只为具有分组接收处理需求的网络节点分配处理线程，在模拟网络节点限速分组转发的条件下，将大规模网络仿真场景下创建的总线程数成倍缩减，从而使得本发明解决了大规模网络仿真场景下创建过多的处理线程占用大量额外内存资源的问题。本发明中节点根据发送队列的分组流强度动态调整接收处理线程数量，在接收节点处理的分组流强度较低的情况下减少接收处理线程数量，从而降低了线程切换开销，从而使得本发明解决了每个低负载链路使用独立的处理线程导致CPU处理开销增加的问题。本发明设计了无锁化并发安全的发送队列，使用原子语句实现了多输入-多输出流的无锁化并发控制，减少了多个线程处理分组传输的并发控制的锁开销，提高了节点间分组传输效率，从而使得本发明解决了处理线程间的互斥导致系统的吞吐量下降的问题。

根据上述思路，本发明的实现方法如下：

步骤1，调度网络拟真场景内所有节点：

在宿主机中创建与网络拟真场景中网络节点一一对应的容器，拷贝所有节点的可执行文件到容器中，加载并执行可执行文件；

步骤2，创建所有节点的共享内存区：

在宿主机的共享内存目录中创建内存映射文件作为共享内存区，并将此内存映射文件映射到所有节点的地址空间；