基于自描述缓冲区的网络处理开发环境

来源：软件学报杂志2016年第S2期北京时间：

作者：唐路,徐东来,吕高锋,李韬,孙志刚

单位：唐路，国防科学技术大学 计算机学院, 湖南 长沙 41007311,徐东来，国防科学技术大学 计算机学院, 湖南 长沙 41007302,吕高锋，国防科学技术大学 计算机学院, 湖南 长沙 41007303,李韬，国防科学技术大学 计算机学院, 湖南 长沙 41007304,孙志刚，国防科学技术大学 计算机学院, 湖南 长沙 41007305

摘要：随着通用多核技术的发展，多核处理器在网络核心设备能够提供较高的I/O吞吐能力，并支持更复杂的网络处理，为网络处理与转发带来了前所未有的灵活性和普适性.但是，在核心网络中，多核处理器的处理与转发性能仍然面临着巨大的挑战.首先，随着网络带宽的不断提升，多核处理器需要提供越来越高的处理能力.其次，随着网络业务复杂度的提高，在网络报文处理与转发中，应用对报文的处理开销越来越大，对设备的I/O裸转发能力提出了更高的要求.提出了一种硬件缓冲区管理机制Self-Described Buffer（SDB)，具有硬件低开销、软件高性能等优点.基于SDB的机制，设计并实现了一个通用的网络处理开发环境NPDK.NPDK采用零中断、零拷贝方式，提供内核与用户驱动，适用于通用多核CPU系统.不但具有简单、灵活、易开发等特点，而且在内核态下支持用户对每个CPU核上进行异构报文处理编程和在用户态下支持独占式多线程编程与共享式多进程并行编程.测试结果表明，基于SDB的网络处理开发环境在10G速率报文I/O转发性能接近线速，特别是64字节小报文可达到7.49Gbps.目前，NPDK已经在click路由器、OpenFlow交换机和网络探针等方面得到应用.

关键词：网络处理开发套件;自描述缓冲区;零中断;零拷贝;用户驱动

基金资助：国家高技术研究发展计划（863)（2015AA010201)；国家自然科学基金（61202483，61202485)