[发明专利]适用于纯用户态远端直接内存访问的优化方法

说明书

本发明提供了一种适用于纯用户态远端直接内存访问的数组结构及优化方法，先在本地机器上分配连续的内存空间来存储多个内存指针，该指针根据使用场景不同，可以指向本地内存地址和远端服务器内存地址。在使用迭代器访问数据结构的时候，通过网络将对应的远端内存数据拷贝到本地内存以供读写。在访问结束后，通过网络将本地更新数据写回远端服务器。与现有技术相比，本发明具有低网络时延、纯用户态、抽象简单易用等特点，并且采用远端直接内存访问技术，可以绕过内存服务器中央处理器进行网络请求读写，不会增加额外的操作系统内核开销，具有良好的扩展性。

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体地，涉及一种适用于纯用户态远端直接内存访问技术的数组优化方法。

背景技术

在扩展计算机服务器内存方案中，利用远端服务器内存扩充本地服务器内存是其中重要技术之一。获取使用远端内存是一种将分布式系统主机的内存通过网络供其他机器访问的技术；特别的，主机的网卡可以绕过处理器直接对其内存进行读写。目前，便于远端内存获取的网络技术已经在现代数据中心广泛应用：如远端直接内存访问（RDMA）和华为Huawei CurreNET等。

为了方便上层系统（和应用）获取远端内存，学术界与工业界已经提出了一系列相关技术；这些技术关注于提供合适的抽象来为上层应用隐藏掉新的网络使用和新的网络内存语义接口。在简化上层利用Far memory的同时，他们也关注于如何提高上层获取远端内存的性能利用率。

目前，一种获取远端内存的方式是，在内核态修改和扩展操作系统现有的抽象。如利用RDMA网络提供远端内存的文件系统抽象，或者利用RDMA网络将远端内存作为操作系统内存交换的设备。这类方案虽然可以透明地支持海量上层应用，使得应用程序无需任何修改就可以利用新的网络链路。然而缺点是，在内核态使用远端内存会带来巨大的内核抽象开销，因为目前操作系统的内核抽象并不是针对远端内存所设计的。

为了避免操作系统内核抽象开销，另一种获取使用远端内存的方式是将其封装成用户态数据结构库供上层应用使用。这种方案的优点是减少了额外的操作系统开销，作为数据结构提供了很多天然的语义便利。如可以根据数据结构迭代器遍历设定，在语义层面对数据做预读取优化，降低数据读取的时延；根据数据在数据结构中的分布情况，将网络请求根据数据语义聚合在一起，批量发送。缺点是已有的解决方案采用的是速度较慢且需要主机处理器配合的网络链接，上层应用需要修改大量代码来使用该数据结构库，这给开发人员带来了额外的开发难度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于纯用户态远端直接内存访问的数组结构及优化方法。

根据本发明提供的一种适用于纯用户态远端直接内存访问的数组结构，包括本地机器上分配的来存储多个内存指针的连续内存空间，所述内存指针根据使用场景不同，指向本地内存地址和远端服务器内存地址；

在使用迭代器访问数据结构时，通过RDMA网络将对应的远端内存数据拷贝到本地内存以供读写；

在访问结束后，通过RDMA网络将本地更新数据写回远端服务器。

根据本发明提供的一种适用于纯用户态远端直接内存访问的数组优化方法，包括如下步骤：

数据读写步骤：客户端根据数据结构索引，期望读写指定数据；

索引计算步骤：客户端数据结构库计算获得索引对应的数据结构内存指针；

内存指针判断步骤：判断当前内存指针是否为上次访问的内存指针，如果判断结果为是，则执行偏移量计算步骤；如果判断结果为否，则执行数据写回步骤；

数据写回步骤：通过RDMA写请求将上次访问的内存指针在本地内存中的数据，写回远端服务器内存中；

空间释放步骤：释放上次访问的内存指针在本地的内存空间，为当前内存指针分配本地内存空间；