本文關(guān)鍵詞：面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的傳輸協(xié)議設(shè)計與任務(wù)調(diào)度優(yōu)化

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【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的高速長距離網(wǎng)絡(luò)被部署到當今的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。傳統(tǒng)的標準TCP傳輸協(xié)議一直在互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位,但其核心的加性增/乘性減擁塞控制策略不具可擴展性,成為影響高速長距離網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸效率的主要瓶頸。此外,標準TCP引入快速重傳機制以提升丟包恢復(fù)速度,但尾部丟包現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致大部分的丟包仍是通過耗時的超時重傳機制恢復(fù),對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的交互性能造成嚴重影響。與此同時,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度效率也是影響互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用響應(yīng)速率的關(guān)鍵因素。如何提升傳輸協(xié)議的帶寬利用率、降低網(wǎng)絡(luò)時延以及提升服務(wù)任務(wù)響應(yīng)速率成為時下的研究熱點。本文圍繞面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的傳輸協(xié)議設(shè)計及任務(wù)調(diào)度優(yōu)化策略展開研究,主要的研究內(nèi)容和貢獻如下:1)針對高速長距離網(wǎng)絡(luò)中標準TCP傳輸效率低下的問題,本文以UDP為基礎(chǔ),結(jié)合確定性丟包模型,設(shè)計了一種高速可擴展的應(yīng)用層傳輸協(xié)議DCUDP。在數(shù)據(jù)傳輸方面,提出了一種Double Cubic速率控制算法,使用三次方程控制速率增長以維持協(xié)議在不同容量網(wǎng)絡(luò)鏈路中的可擴展性:在丟包控制方面,引入了一種Random Loss Decrease丟包處理算法,通過隨機變化減速幅度和減速次數(shù)緩解了全局同步現(xiàn)象和連續(xù)丟包問題;最后,根據(jù)確定性丟包模型調(diào)整算法核心參數(shù),保證了協(xié)議對實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)性。2)針對標準TCP使用丟包作為擁塞信號難以準確度量鏈路實際擁塞狀況的問題,本文設(shè)計了一種基于時延的高速擁塞控制算法DFTCP,該算法使用排隊時延結(jié)合丟包作為擁塞控制信號,通過測量排隊時延和傳輸速率的變化,動態(tài)估算傳輸路徑上可用緩存的使用情況,并據(jù)此為數(shù)據(jù)流尋找合理的傳輸狀態(tài)穩(wěn)定點,使得數(shù)據(jù)流能夠在充分利用鏈路帶寬的同時減少不必要的丟包。3)針對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中廣泛出現(xiàn)的TCP尾部丟包現(xiàn)象,本文提出了一種DTLP尾部丟包恢復(fù)算法,該算法對尾部丟包模式進行細化,針對不同的模式發(fā)送不同個數(shù)和類型的探針包以觸發(fā)不同的TCP加速機制,實現(xiàn)對尾部丟包的加速恢復(fù),有效減少了尾部丟包現(xiàn)象帶來的響應(yīng)時延。4)針對多核Linux網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中自旋鎖沖突給任務(wù)響應(yīng)速率帶來的影響,本文對Linux調(diào)度器的負載均衡模塊提出了三個層次的免鎖優(yōu)化方案:第一,基礎(chǔ)優(yōu)化,從代碼層面直觀地縮小程序的鎖沖突域;第二,調(diào)度行為優(yōu)化,將進程創(chuàng)建過程中因沒有獲得自旋鎖而不能被立即喚醒的新進程放入一個免鎖隊列中延遲喚醒以避免鎖沖突;第三,基于上層應(yīng)用特征的參數(shù)調(diào)優(yōu),以HTTP服務(wù)器為例,根據(jù)其服務(wù)進程的生命特征調(diào)整調(diào)度器的核心參數(shù)。5)針對多核Linux網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中內(nèi)核態(tài)進程調(diào)度實時性難以保證的問題,本文設(shè)計和實現(xiàn)了一種基于多核Linux的輕量級用戶態(tài)實時多任務(wù)調(diào)度框架ULight。該調(diào)度框架支持基于優(yōu)先級可搶占的輕量級任務(wù)調(diào)度、高精度的用戶態(tài)定時服務(wù)以及高性能的用戶態(tài)中斷處理,為實時系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN915.04

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