【摘要】：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”滲透到人們生活各方面,其諸多問題日益突出。一方面期望網(wǎng)絡(luò)速率更高,另一方面需要處理海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以解決網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等問題。高速報文處理軟件的性能出現(xiàn)瓶頸,尤其在多核平臺和Linux操作系統(tǒng)結(jié)合時。已經(jīng)有越來越多的熱點(diǎn)研究成果出現(xiàn),包括Linux自身對報文處理機(jī)制改進(jìn)和迭代。PF_RING、DPDK、NET-MAP是同時期誕生的高速報文處理框架,它們在技術(shù)和性能特點(diǎn)上互有異同。所以用戶在框架選擇和性能判斷上也存在困難。已有文章已經(jīng)對PF RING、DPDK、NET-MAP進(jìn)行了多個維度的性能對比。但這方面研究還不能完全滿足實際需要,且覆蓋面也窄。問題包括未考慮純報文接收場景、NUMA平臺上的性能特性對比不足、多核心擴(kuò)展問題研究不足等。本文首先論述并分析了現(xiàn)有Linux報文處理機(jī)制和關(guān)鍵優(yōu)化技術(shù),重點(diǎn)分析了 PF_RING和DPDK的優(yōu)化技術(shù)異同點(diǎn)。然后對PF_RING和DPDK對比研究進(jìn)行展開。首先簡要說明當(dāng)前現(xiàn)有研究對其研究的不足,介紹了 Run-to-completion和Pipeline模型(樣式)分類,然后提出對不同框架的對比研究需要從為兩模型入手并選擇其中的幾種精簡模型做作析。本文提出一種報文處理研究分析的理想化模型——流阻分析理想模型。結(jié)合流阻模型對PF_RING和DPDK的Run-to-completion和Pipeline的精簡模型進(jìn)行整體性能、不同負(fù)載性能、多核性能及可擴(kuò)展性進(jìn)行分析和評估。再將性能問題的研究擴(kuò)展到NUMA平臺上,根據(jù)NUMA平臺的特殊性,將PF_RING和DPDK的Run-to-completion和Pipeline的精簡模型進(jìn)行針對NUMA平臺的分析。由此研究得到了不同框架在NUMA平臺的性能特性,特別是其跨NUMA節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展性和線程在NUMA節(jié)點(diǎn)間的分布樣式對性能的影響。最后基于現(xiàn)有的報文處理優(yōu)化技術(shù)設(shè)計了一套離線報文高速回放系統(tǒng),并對回放程序中的多個參數(shù)的性能作了性能分析和優(yōu)化。最后一章對全文總結(jié)并說明本文的不足和未來研究的展望。
[Abstract]:With the penetration of the Internet into all aspects of people's lives, its many problems become increasingly prominent. On the one hand, the network speed is expected to be higher, on the other hand, we need to deal with massive network data to solve network optimization problems. The performance of high-speed packet processing software appears bottleneck, especially when multi-core platform and Linux operating system are combined. There have been more and more hot research achievements, including the improvement and iteration of packet processing mechanism by Linux itself. PF_RING,DPDK,NET-MAP is a high-speed packet processing framework born at the same time, and they have different technical and performance characteristics. Therefore, users also have difficulties in frame selection and performance judgment. Previous articles have compared the performance of PF RING,DPDK,NET-MAP across multiple dimensions. However, the research in this area can not fully meet the actual needs, and the coverage is also narrow. The problems include not considering the pure message receiving scenario, the lack of performance comparison on NUMA platform, and the lack of research on multi-core extension. This paper first discusses and analyzes the existing Linux packet processing mechanism and key optimization techniques, and focuses on the similarities and differences between PF_RING and DPDK optimization techniques. Then the comparative study of PF_RING and DPDK was carried out. Firstly, the deficiency of the current research is briefly explained, and the classification of Run-to-completion and Pipeline models (styles) is introduced. Then, it is proposed that the comparative study of different frameworks should start with two models and select several reduced models for analysis. In this paper, an idealized model for packet processing and analysis is presented, which is an ideal model for flow resistance analysis. Combined with the flow resistance model, the overall performance of the Run-to-completion and Pipeline models of PF_RING and DPDK is analyzed and evaluated. The performance of different load, multi-core and extensibility are analyzed and evaluated. Then the research of performance problem is extended to NUMA platform. According to the particularity of NUMA platform, the reduced model of Run-to-completion and Pipeline of PF_RING and DPDK is analyzed for NUMA platform. The performance characteristics of different frameworks on NUMA platform are obtained, especially the influence of extensibility across NUMA nodes and the distribution style of threads among NUMA nodes on the performance. Finally, an off-line high-speed playback system is designed based on the existing packet processing optimization techniques, and the performance of multiple parameters in the playback program is analyzed and optimized. The last chapter summarizes the full text and explains the shortcomings of this paper and the prospects for future research.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.0;TP316.81

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本文編號：2276068