[发明专利]一种多个应用共享一个缓冲区的报文接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络数据处理领域，具体涉及一种多个应用共享一个缓冲区的报文接收方法。

背景技术

在网络数据分析系统中，往往在一个硬件平台上运行多个应用，也就是说对设备接收到的同一个网络报文中的数据，需要多个应用软件进行接收和处理。

目前常用的一种方案是采取数据拷贝的方法，把每一个网络报文数据复制两份，分别交给两个应用，每个应用处理自己的数据拷贝；另一种方案是采用二次分发的方法，每个应用建立自己的报文指针队列，设备每收到一个报文，就把报文的指针分发到每个应用的接收队列中。

但是在高速网络上，采取数据拷贝的方法会带来大量的cpu数据拷贝和内存访问开销，采用二次分发的方法，需要每个应用建立自己的报文指针队列，需要使用同步机制进行复杂的队列管理。两种方案都会使系统的整体性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种多个应用共享一个缓冲区的报文接收方法，避免多应用接收报文的内存拷贝和二次分发。

一种多个应用共享一个缓冲区的报文接收方法，包括硬件网卡、驱动软件、接口库软件，方法如下：

A、硬件网卡的PCI控制器向主机注册PCI空间，定义接收报文相关的寄存器地址；PCI空间寄存器有：报文缓冲区地址、长度、软件从缓冲区读报文的读指针、硬件向缓冲区写报文的写指针，其中读指针有多个，每个应用有自己的读指针；

B、驱动软件申请连续的物理内存，作为接收报文的缓冲区，并把缓冲区的物理地址和长度写入PCI空间的对应寄存器，并设置硬件的写指针和所有应用软件的读指针为初始值0；

C、硬件网卡每次从网络接收到一个报文后，把报文传输到软件的报文缓冲区中，并根据报文长度，修改PCI空间的写指针；

D、接口库中的API接口被一个应用调用时，首先把内核空间的缓冲区和硬件的PCI空间映射到该应用的用户空间，然后根据该应用是第几个应用，把PCI空间的第几个软件读指针寄存器作为该应用的读指针寄存器使用；

E、应用软件循环收包，每次收包都要查看接口库中映射出的PCI空间寄存器，判断硬件写指针是否等于软件的读指针，如果不相等，则说明读指针和写指针之间是新的报文，则读取出来，并移动读指针；如果读指针追上了写指针，则说明缓冲区内报文已经全部读出，则等待一个时间片后，进行下一次轮询。

本发明使多个应用可以利用一个共享缓冲区从网络接收报文，从而避免多应用收包时的报文拷贝或二次分发开销。

附图说明

图1是本发明工作原理图

具体实施方式

本发明是一个软硬件结合的系统，包括硬件网卡、驱动软件、接口库软件。

驱动软件负责分配接收报文使用的缓冲区，需要在内核中申请一整片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区。

硬件网卡负责从网络接收报文，并把报文传输到主机内存的报文缓冲区中，通过写PCI空间的寄存器，通知软件有新报文到达。PCI空间寄存器主要有：报文缓冲区地址、长度、软件从缓冲区读报文的读指针、硬件向缓冲区写报文的写指针，其中读指针有多个，每个应用有自己的读指针。

接口库软件在每个应用调用API接口时，把报文缓冲区和PCI空间映射到该应用的用户空间，每个应用去轮询PCI空间中该应用的缓冲区读写指针信息，查看是否有新的报文到达。

该发明接收报文的方法如下：

(1)硬件网卡的PCI控制器向主机注册PCI空间，其中定义接收报文相关的寄存器地址，包括报文缓冲区地址、长度、软件从缓冲区读报文的读指针、硬件向缓冲区写报文的写指针，根据预设的最大应用软件个数，配置多个读指针寄存器。

(2)驱动软件申请报文缓冲区。

驱动软件申请一片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区，把缓冲区的物理地址和长度写入PCI空间的对应寄存器，并设置硬件的写指针和所有应用软件的读指针为初始值0。

(3)硬件接收报文。

硬件每次从网络接收到一个报文后，把报文传输到软件的报文缓冲区中，并根据报文长度，修改PCI空间的写指针。

(4)接口库映射报文缓冲区和PCI空间寄存器。

接口库中的API接口被一个应用调用时，首先把内核空间的缓冲区和硬件的PCI空间映射到该应用的用户空间，然后根据该应用是第几个应用，把PCI空间的第几个软件读指针寄存器作为该应用的读指针寄存器使用。

(5)应用软件接收报文。

应用软件循环收包，每次收包都要查看接口库中映射出的PCI空间寄存器，判断硬件写指针是否等于软件的读指针，如果不相等，则说明读指针和写指针之间是新的报文，则读取出来，并移动读指针；如果读指针追上了写指针，则说明缓冲区内报文已经全部读出，则等待一个时间片后，进行下一次轮询。