[发明专利]一种数据分段卸载发送方法

说明书

本发明涉及一种数据分段卸载发送方法。本方法是一种软硬件协同的、分组I/O开销低、硬件实现复杂度低的大块数据分段卸载发送方法。将一部分硬件的功能卸载到软件实现，即采用驱动切分大报文及更新报文头字段，省去了硬件分段计算处理开销，大大降低硬件设计复杂度；另外，本发明支持低开销分组I/O，大大降低软硬件协同代价，同时相较于支持轻量级分组I/O的网卡，省去了分段报文到专用软件缓冲区的一次拷贝，仅将切分后内容更新的报文头部分拷贝到软件缓冲区，大大提高性能，实现了数据分段卸载的高效发送。

技术领域

本发明主要涉及到多核网络分组处理中，支持大块数据高效发送的软硬件方法设计领域，特指在多核网络分组处理中的一种软硬件协同的、分组I/O开销低、硬件实现复杂度低的大块数据分段卸载发送方法。

背景技术

随着新型网络业务、协议的发展，越来越多的网络设备聚合存储资源，为全系统提供安全快速的存储服务能力。主机系统和存储设备之间数据的封装和快速可靠传输，为存储资源的按需调度和共享共用提供有力支撑。具备高可编程性的通用多核处理器是网络设备中广泛采用的数据平面处理核心器件。然而，传统网卡最大只能支持最大分段长度MSS（Max Segment Size，一般为MTU-IP头-TCP头）大小的数据传输，当请求大量数据时，TCP发送方必须将大块数据拆分成MSS大小的数据块，然后进一步封装为数据包形式，以便最终可以在网络中进行传输。由于多核处理器需要对每个分段进行处理，降低了其处理效率。

已有研究TSO技术，支持大报文的直接发送，TCP发送方CPU直接将大块数据（最大支持64KB大小）交给网络设备处理，通过网络设备进行TCP段的分割，将大部分CPU的处理工作转移到网卡来处理，即报文的切分与校验全部交给硬件实现，从而减少CPU必须处理的数据包数量，达到提高网络处理性能的技术。支持TSO技术的网卡，需要支持TSO和分散-聚集SG（Scatter-Gather）技术，以及TCP校验和计算功能，由网卡驱动或网卡硬件完成报文分段和TCP校验和计算功能，因而TSO技术需要网络设备驱动或者网络设备提供报文分段功能，对于网络设备的要求较高，软硬复杂度高。另外，基于TSO技术的网络分组深度处理需要软硬件的协同工作，在软硬件协同分组处理流中，软硬件的通信开销过大会严重影响系统进行分组深度处理的性能。另外一种更为通用的分段技术GSO（General Segment Offload），该技术将分段的时机推迟到将数据报文提交给网络设备驱动之前完成，并且支持TCPv4之外的其它协议类型，如TCPv6、UDP和DCCP等。同样的，该技术需要网络设备支持GSO和SG功能。且该技术在性能上的提升效果较TSO技术低。SG是一种与非连续物理地址传输的块DMA方式相对应的DMA方式。它通过一个链表描述物理不连续的内存地址，然后把链表首地址告诉DMA控制器。DMA 控制器传输完一块物理连续的数据后，不发中断，根据链表记录内容传输下一块物理不连续的数据，最后再发起一次中断。

另外，为了降低分组I/O带来的软硬件通信开销等，已有研究提出了轻量级的分组I/O技术，这种低开销的分组处理通信机制，通过缓冲区管理卸载技术、标化DMA访存等软硬件协同技术，实现分组的零拷贝、无中断的下发，从而降低分组在软硬间的通信开销。然而轻量级的分组I/O技术，所有的报文在发送给网络设备之前，都要拷贝到硬件管理的固定缓冲区中，带来额外的内存拷贝代价，影响大报文的发送性能。

综上所述，需针对网络应用中高效的数据发送需求，提供一种支持大块数据高效发送、分组I/O开销低、网络设备硬件实现复杂度低的软硬件协同的大块数据分段卸载发送方法，从而配合多核处理器以满足应用需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种软硬件协同的、分组I/O开销低、硬件实现复杂度低的大块数据分段卸载发送方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种数据分段卸载发送方法，包括以下步骤：