计算机多线程TCP/IP协议还原技术概述

本文从网络协议还原技术出发,提出了一整套的多线程并行的TCP/IP协议的相关还原方案,同时也针对性构建了P结构下存在负载均衡以及并发临界区的问题解决方案,全文主要涵盖了协议并行处理方法和基于连接性多线程TCP/IP协议并行处理方法概述.

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1.协议并行处理方法

1.1 数据包级别并行方法

在协议栈并行处理方法中,数据包级别并行方法是一种并行度最高的处理方法.对于不同的数据包都会按照对应的处理器进行系列处理,达到同时处理多个数据包或者是归属于同一个链接的数据包.因巨大的吞吐性能以及不存在负载均衡的优势得到了广泛运用.虽然其具有高度的并发性,但是在面对带有上下文信息或状态的协议来说,例如TCP,可以获得的性能提升空间受到了很大的约束.

1.2 函数级别并行方法

函数级别并行方法主要运用于早期的协议并行处理中.早期协议是将链路控制数据和传送数据置于同一个数据包中,这就意味着协议并行处理的函数必须要同时处理链路控制数据外加上传送数据,从而出现的一个问题就是协议处理函数单元之间务必会存在大量的上下文相关结果.

1.3 协议栈层次间并行方法

协议栈层次间并行方法主要运用于目前网络协议的层次结构中.在早期设计相关网络协议时,为了大幅度的降低协议实现难度而将每个层次协议设计成为了相对独立的部分,从而完成独立层间之间的并行处理.但是就目前实际情况来看,这种方法虽然有许多的优势,但是性能受到了层次结构中吞吐量最低层次结构的限制,所以目前需要对协议栈中的每一个层次进行研究,优化吞吐量最低的层次结构.

2.基于连接性多线程TCP/IP协议并行处理方法概述

2.1 TCP/IP协议栈多线程并行化存在的问题

TCP/IP协议栈多线程并行化存在的问题主要存在于临界锁以及处理器之间的负载均衡情况上.考虑到临街锁解决共享冲突的代价极大问题,多线程并发程序虽然可以解决部分问题,但是又带来了诸如临界区碰撞、内核陷入等等问题,影响程序的运行效率.因此,对于多线程并行的TCP/IP协议而言,消除临界锁问题是至关重要的.对于处理器之间的负载均衡情况,需要考虑的就是协调好处理器之间的负载均衡问题.

2.2 多线程TCP/IP协议栈的结构

本文所要分析的多线程TCP/IP协议栈结构主要还是共享内存多处理器平台运行下的多线程TCP/IP协议栈结构,其基本的特点就是当共享内存对处理器平台上的处理器数量增加时,其结构的性能也随之增加.多线程TCP/IP协议栈结构如图1所示.

2.3 处理器均衡措施

处理器均衡措施具体可以细化分为两个步骤.第一个步骤就是对IP数据包中的三元组即源地址、目的地址以及协议标识,按照一定的标准进行分发.仅仅采取第一步不能够对处理器进行深度的处理,需要借助于第二个步骤.第二个步骤包括设置协议栈、促进操作系统借助于任务调度完成负载均衡的操作.后者的时间点在于运行线程数不小于硬件平台的处理器数量.按照上述顺序,可以达到处理器负载均衡的目的.

3.实验方案结果

从本文的实验方案测试结果中可以看出,首先单线程下的程序只能够通过串来执行,从而不能够发挥出处理器的实际性能.其次,在处理器的数量和线程数量对等的情况之下,也不能够发挥出系统硬件的全部性能.最后,在处理器数量小于协议栈线程数量的时点,通过适当的增加线程数量,可以在很大程度上提高整个系统的吞吐量.另外,对于内存分配方式对系统性能的影响上,结合实践经验以及实验方案结构可以发现,相比PtMalloc以及SmartBits而言,FixMalloc可以降低动态内存分配过程中出现的处理器消耗,降低的幅度值大概在8.12%上下.

4.结束语

由于现代处理器性能和网络传输能力发展之间存在的很大的不平衡,从而推进了多处理器的发展.本文从网络协议还原技术出发,提出了一整套的多线程并行的TCP/IP协议的相关还原方案.此外,在通用性的多处理器计算平台的实际操作过程中发现,虽然计算机多线程TCP/IP协议还原技术可以很好的保障当下处理器平台性能的发挥,但是对于进一步提升网络入侵监测系统协议还原能力以及挖掘高性能处理器平台,以此来协调处理器性能和网络传输能力发展不平衡的矛盾,将是下一阶段研究和探究的重点内容.