陳張榮

本文從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還原技術(shù)出發(fā)，提出了一整套的多線程并行的TCP/IP協(xié)議的相關(guān)還原方案，同時也針對性構(gòu)建了SMP結(jié)構(gòu)下存在負(fù)載均衡以及并發(fā)臨界區(qū)的問題解決方案，全文主要涵蓋了協(xié)議并行處理方法和基于連接性多線程TCP/IP協(xié)議并行處理方法概述。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)多線程 協(xié)議還原 方法概述

1 協(xié)議并行處理方法

1.1 數(shù)據(jù)包級別并行方法

在協(xié)議棧并行處理方法中，數(shù)據(jù)包級別并行方法是一種并行度最高的處理方法。對于不同的數(shù)據(jù)包都會按照對應(yīng)的處理器進(jìn)行系列處理，達(dá)到同時處理多個數(shù)據(jù)包或者是歸屬于同一個鏈接的數(shù)據(jù)包。因巨大的吞吐性能以及不存在負(fù)載均衡的優(yōu)勢得到了廣泛運(yùn)用。雖然其具有高度的并發(fā)性，但是在面對帶有上下文信息或狀態(tài)的協(xié)議來說，例如TCP，可以獲得的性能提升空間受到了很大的約束。

1.2 函數(shù)級別并行方法

函數(shù)級別并行方法主要運(yùn)用于早期的協(xié)議并行處理中。早期協(xié)議是將鏈路控制數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)置于同一個數(shù)據(jù)包中，這就意味著協(xié)議并行處理的函數(shù)必須要同時處理鏈路控制數(shù)據(jù)外加上傳送數(shù)據(jù)，從而出現(xiàn)的一個問題就是協(xié)議處理函數(shù)單元之間務(wù)必會存在大量的上下文相關(guān)結(jié)果。

1.3 協(xié)議棧層次間并行方法

協(xié)議棧層次間并行方法主要運(yùn)用于目前網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)中。在早期設(shè)計相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時，為了大幅度的降低協(xié)議實(shí)現(xiàn)難度而將每個層次協(xié)議設(shè)計成為了相對獨(dú)立的部分，從而完成獨(dú)立層間之間的并行處理。但是就目前實(shí)際情況來看，這種方法雖然有許多的優(yōu)勢，但是性能受到了層次結(jié)構(gòu)中吞吐量最低層次結(jié)構(gòu)的限制，所以目前需要對協(xié)議棧中的每一個層次進(jìn)行研究，優(yōu)化吞吐量最低的層次結(jié)構(gòu)。

2 基于連接性多線程TCP/IP協(xié)議并行處理方法概述

2.1 TCP/IP協(xié)議棧多線程并行化存在的問題

TCP/IP協(xié)議棧多線程并行化存在的問題主要存在于臨界鎖以及處理器之間的負(fù)載均衡情況上?？紤]到臨街鎖解決共享沖突的代價極大問題，多線程并發(fā)程序雖然可以解決部分問題，但是又帶來了諸如臨界區(qū)碰撞、內(nèi)核陷入等等問題，影響程序的運(yùn)行效率。因此，對于多線程并行的TCP/IP協(xié)議而言，消除臨界鎖問題是至關(guān)重要的。對于處理器之間的負(fù)載均衡情況，需要考慮的就是協(xié)調(diào)好處理器之間的負(fù)載均衡問題。

2.2 多線程TCP/IP協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)

本文所要分析的多線程TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)主要還是共享內(nèi)存多處理器平臺運(yùn)行下的多線程TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)，其基本的特點(diǎn)就是當(dāng)共享內(nèi)存對處理器平臺上的處理器數(shù)量增加時，其結(jié)構(gòu)的性能也隨之增加。多線程TCP/IP協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 處理器均衡措施

處理器均衡措施具體可以細(xì)化分為兩個步驟。第一個步驟就是對IP數(shù)據(jù)包中的三元組即源地址、目的地址以及協(xié)議標(biāo)識，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分發(fā)。僅僅采取第一步不能夠?qū)μ幚砥鬟M(jìn)行深度的處理，需要借助于第二個步驟。第二個步驟包括設(shè)置協(xié)議棧、促進(jìn)操作系統(tǒng)借助于任務(wù)調(diào)度完成負(fù)載均衡的操作。后者的時間點(diǎn)在于運(yùn)行線程數(shù)不小于硬件平臺的處理器數(shù)量。按照上述順序，可以達(dá)到處理器負(fù)載均衡的目的。

3 實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果

從本文的實(shí)驗(yàn)方案測試結(jié)果中可以看出，首先單線程下的程序只能夠通過串來執(zhí)行，從而不能夠發(fā)揮出處理器的實(shí)際性能。其次，在處理器的數(shù)量和線程數(shù)量對等的情況之下，也不能夠發(fā)揮出系統(tǒng)硬件的全部性能。最后，在處理器數(shù)量小于協(xié)議棧線程數(shù)量的時點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)脑黾泳€程數(shù)量，可以在很大程度上提高整個系統(tǒng)的吞吐量。另外，對于內(nèi)存分配方式對系統(tǒng)性能的影響上，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)方案結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，相比PtMalloc以及SmartBits而言，F(xiàn)ixMalloc可以降低動態(tài)內(nèi)存分配過程中出現(xiàn)的處理器消耗，降低的幅度值大概在8.12%上下。

4 結(jié)束語

由于現(xiàn)代處理器性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力發(fā)展之間存在的很大的不平衡，從而推進(jìn)了多處理器的發(fā)展。本文從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還原技術(shù)出發(fā)，提出了一整套的多線程并行的TCP/IP協(xié)議的相關(guān)還原方案。此外，在通用性的多處理器計算平臺的實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，雖然計算機(jī)多線程TCP/IP協(xié)議還原技術(shù)可以很好的保障當(dāng)下處理器平臺性能的發(fā)揮，但是對于進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)入侵監(jiān)測系統(tǒng)協(xié)議還原能力以及挖掘高性能處理器平臺，以此來協(xié)調(diào)處理器性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力發(fā)展不平衡的矛盾，將是下一階段研究和探究的重點(diǎn)內(nèi)容。

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作者單位

江蘇省蘇州市高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇省蘇州市 215000endprint