[发明专利]主机网络性能优化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及互联网领域，尤其涉及一种主机网络性能的优化方法。

背景技术

网络性能是主机性能的一个极其重要的组成部分，网络性能主要包括 两个方面：中央处理单元(CPU)占用率和吞吐率。在其它因素没变的情 况下，降低CPU占用率是一个值得追求的目标。理想的网络传输性能要求 在提高网络吞吐率的同时，降低CPU占用率。

但是，CPU占用率和吞吐率是互相矛盾的，一般地，吞吐率的提高是 以牺牲CPU为代价的，客观上要求消耗大量的CPU资源。特别是随着互 联网技术的发展，无论是终端系统还是骨干网络，由于大量采取千兆甚至 万兆的路由器，加上光纤技术的广泛使用，使得互联网的网络带宽不断提 升，CPU处理速率远远落后于网络处理速率，具体表现在：主机在发送数 据时候，主机CPU资源大部分都使用在数据发送上，剥夺了其它应用程序 的执行机会。

传统数据发送原理如图1所示，在处于进程用户空间的应用程序发出 磁盘数据发送的指令时，磁盘数据会经过实线表示的直接存储器存取 (DMA)复制(对应步骤102和步骤108)和虚线表示的CPU复制(对应 步骤104和步骤106)，依次经过进程用户空间和内核空间对应的读缓冲 区、应用程序缓冲区、协议栈缓冲区和网卡缓冲区，最后将数据发送出。 由于传统方式过程中，数据在内存中存在多个复制，需要CPU参与，因此 造成CPU资源浪费。

为了节省主机CPU资源，目前提出了TCP/IP(传输控制协议/网际协 议)减负引擎(TOE，TCP/IP offload engine)技术。该技术原理如下：TOE 把原来由主机CPU处理的网络流量转化给网卡处理，采用内嵌有处理器的 网卡(俗称智能网卡)来处理所有的网络流量，从而节省主机CPU资源。

但是综合来说，TOE方法有以下缺点：1.价格偏高，TOE成品网卡价 格都是数千元以上。2.软件硬件实现上极其困难，TOE设计上涉及到许多 嵌入式器件的使用。3.TOE系统架构复杂，不容易实现和使用。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种主机网络性能优化方法和系统，以节 省主机CPU资源，

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种主机网络性能优化 方法，所述优化方法包括以下步骤：将内核空间的预定内存划分为用户空 间与内核空间的共享内存缓冲区；根据应用程序的指令将磁盘中待发送数 据读入所述共享内存缓冲区中，并写入所述待发送数据的对应发送信息； 以及网卡驱动程序主动查询所述共享内存缓冲区，以搜索待发送数据并结 合所述发送信息进行发送。

根据本发明进一步的实施例，所述待发送数据的读入步骤利用mmap 系统调用。

根据本发明进一步的实施例，所述网卡驱动程序为后缀为ko的模块。

根据本发明进一步的实施例，所述共享内存缓冲区被影射为字符设备 文件。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种主机网络性能优化 系统，所述优化系统包括：内存划分模块，将内核空间的预定内存划分为 用户空间与内核空间的共享内存缓冲区；应用层调用模块，根据应用程序 的指令将磁盘中待发送数据读入所述共享内存缓冲区中，并写入所述待发 送数据的对应发送信息；网卡驱动模块，主动查询所述共享内存缓冲区， 以搜索待发送数据并结合所述发送信息进行数据发送。

根据本发明进一步的实施例，所述应用层调用模块通过mmap系统调 用读入所述待发送数据。

根据本发明进一步的实施例，所述网卡驱动模块为后缀为ko的模块。

根据本发明进一步的实施例，所述内存划分模块将所述共享内存缓冲 区影射为字符设备文件。

本发明通过在内核空间内开辟可以用户空间和内核空间共享的内存， 在利用该共享内存缓冲区执行数据发送时，减少系统的数据复制次数，使 得CPU的资源在数据发送时不被占用。从而在不增加硬件的前提下，以相 对简单实用的方式在保证网络吞吐率的同时降低CPU的使用率，实现对主 机网络性能的优化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面 的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描 述中将变得明显和容易理解，其中：