CN102098215B - 一种多应用收包的优先级管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多应用收包的优先级管理方法。硬件网卡的PCI控制器向主机注册PCI空间，驱动软件申请报文缓冲区，构造驱动信息结构，驱动软件定时计算CPU负载，并记录到驱动信息结构中，接口库把报文缓冲区、PCI空间寄存器、驱动信息数据结构映射到每个应用的进程空间，并配置应用优先级，硬件收到报文后把报文放入缓冲区，通知应用软件收包，应用软件收到报文后根据自己的优先级和当前cpu负载情况，决定是否处理该报文。本发明根据当前CPU负载情况，动态丢弃报文，实现多应用发包的优先级管理。
Description
技术领域
本发明涉及网络数据处理领域，具体涉及一种多应用收包的优先级管理方法。
背景技术
在网络数据分析系统中，往往在一个硬件平台上运行多个应用，也就是说需要多个应用软件从同一个网卡接收报文。然而，在有些系统中，多个应用是有优先级的，当系统CPU计算资源紧张时，低优先级的应用需要主动丢弃一部分报文，把CPU计算资源让给高优先级的应用。
目前经常采用的技术方案为保证系统性能，应用不能在每次收包时都去计算当前的CPU资源占用情况，所以一般处理方法是给不同优先级应用一个预设的报文采样比例，比如，配置某低优先级应用的采样比例是十分之一，则该应用每收到10个包，从中只处理1个包，剩下的9个包丢弃。
在某些网络上，网络流量随时间波动很大，应用的负载和CPU的资源占用也波动很大，应用在固定配置的采样比例下，在高流量的时间段内，处理流量可能很大，造成CPU过载，在低流量的时间段内，处理流量可能很少，造成CPU空闲计算资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种多应用发包的优先级管理方法，实现可充分利用CPU资源的多应用收包的优先级管理。
一种多应用收包的优先级管理方法，采用软硬件结合的系统，包括硬件网卡、驱动软件、接口库软件，步骤如下：
A、硬件网卡的PCI控制器向主机注册PCI空间；
B、驱动软件申请一片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区，把缓冲区的物理地址和长度写入PCI空间的对应寄存器，并设置硬件的写指针和所有应用软件的读指针为初始值0；
C、驱动软件申请一块内存区域作为驱动信息数据结构，其中包含当前CPU负载，驱动使用一个定时器函数，每隔一个时间片计算一下CPU占用情况，写入驱动信息数据结构中；
D、硬件每次从网络接收到一个报文后，把报文传输到软件的报文缓冲区中，并根据报文长度，修改PCI空间的写指针；
E、接口库中的API接口被一个应用调用时，首先把内核空间的缓冲区和硬件的PCI空间映射到该应用的用户空间，然后根据该应用是第几个应用，把PCI空间的第几个软件读指针寄存器作为该应用的读指针寄存器使用；接口库打开设备时，还把驱动信息结构映射出来，从中可以看到当前的CPU负载情况；
F、应用软件在调用接口库打开设备时，根据该应用的优先级，在接口库中预设一个CPU负载情况的阈值；
G、应用软件循环收包，每次收包都要查看接口库中映射出的PCI空间寄存器，判断硬件写指针是否等于软件的读指针，如果不相等，则说明读指针和写指针之间是新的报文，则读取出来，并移动读指针；如果读指针追上了写指针，则说明缓冲区内报文已经全部读出，则等待一个时间片后，进行下一次轮询；
H、每个应用在使用接口库返回的报文之前，先把驱动信息结构中的当前CPU负载和该应用优先级确定的CPU负载阈值相比较，如果当前CPU负载已经超过了该应用的阈值，则主动丢包。
本发明的一种优选技术方案在于：所述PCI空括包括报文缓冲区地址、长度、硬件从缓冲区读报文的读指针、软件向缓冲区写报文的写指针，根据预设的最大应用软件个数，为每一个应用申请一套寄存器。
本发明不使用固定的采样比，而是根据当前CPU负载情况，动态丢弃报文，避免CPU资源的浪费。
附图说明
图1是本发明的结构图
具体实施方式
本发明是一个软硬件结合的系统，包括硬件网卡、驱动软件、接口库软件。
驱动软件负责分配接收报文使用的缓冲区，需要在内核中申请一整片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区。
驱动软件还申请一块内存区域，保存驱动信息数据结构，其中包括当前的cpu负载。并使用定时器函数，每隔一个时间片(比如1秒)计算一下当前cpu的负载情况，写入驱动信息的数据结构中。
硬件网卡负责从网络接收报文，并把报文传输到主机内存的报文缓冲区中，通过写pci空间的寄存器，通知软件有新报文到达。pci空间寄存器主要有：报文缓冲区地址、长度、软件从缓冲区读报文的读指针、硬件向缓冲区写报文的写指针，其中读指针有多个，每个应用有自己的读指针。
接口库软件在每个应用调用接收报文的API接口时，把报文缓冲区和pci空间映射到该应用的用户空间，并设置每个应用的优先级信息，每个应用轮询pci空间中该应用的缓冲区读写指针信息，查看是否有新的报文到达，并根据优先级决定收取还是丢弃报文。
该发明的实现方法和过程如下：
(1)硬件网卡的pci控制器向主机注册pci空间，其中定义接收报文相关的寄存器地址，包括报文缓冲区地址、长度、软件从缓冲区读报文的读指针、硬件向缓冲区写报文的写指针，根据预设的最大应用软件个数，配置多个读指针寄存器。
(2)驱动软件申请报文缓冲区。
驱动软件申请一片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区，把缓冲区的物理地址和长度写入pci空间的对应寄存器，并设置硬件的写指针和所有应用软件的读指针为初始值0。
(3)驱动软件定时计算cpu负载
驱动软件申请一块内存区域作为驱动信息数据结构，其中包含当前cpu负载，驱动使用一个定时器函数，每隔一个时间片计算一下cpu专用情况，写入驱动信息数据结构中。
(4)硬件接收报文。
硬件每次从网络接收到一个报文后，把报文传输到软件的报文缓冲区中，并根据报文长度，修改pci空间的写指针。
(5)接口库映射报文缓冲区和pci空间寄存器，和驱动信息数据结构。
接口库中的API接口被一个应用调用时，首先把内核空间的缓冲区和硬件的PCI空间映射到该应用的用户空间，然后根据该应用是第几个应用，把pci空间的第几个软件读指针寄存器作为该应用的读指针寄存器使用。
接口库打开设备时，还把驱动信息结构映射出来，从中可以看到当前的cpu负载情况。
(6)接口库配置应用优先级
应用软件在调用接口库打开设备时，根据该应用的优先级，在接口库中预设一个cpu负载情况的阈值，比如高优先级设置为80％，表示cpu负载超过80％丢包，低优先级设置为20％，表示cpu负载超过20％丢包。
(7)应用软件接收报文。
应用软件循环收包，每次收包都要查看接口库中映射出的pci空间寄存器，判断硬件写指针是否等于软件的读指针，如果不相等，则说明读指针和写指针之间是新的报文，则读取出来，并移动读指针。如果读指针追上了写指针，则说明缓冲区内报文已经全部读出，则等待一个时间片后，进行下一次轮询。
每个应用在使用接口库返回的报文之前，先把驱动信息结构中的当前cpu负载和该应用优先级确定的cpu负载阈值相比较，如果当前cpu负载已经超过了该应用的阈值，比如应用优先级的阈值是50％，当前驱动信息中显示的cpu负载是60％，则主动丢包。
Claims (2)
1.一种多应用收包的优先级管理方法，其特征在于：采用软硬件结合的系统，包括硬件网卡、驱动软件、接口库软件，步骤如下：
A、硬件网卡的PCI控制器向主机注册PCI空间；
B、驱动软件申请一片物理地址连续的内存，作为接收报文的缓冲区，把缓冲区的物理地址和长度写入PCI空间的对应寄存器，并设置硬件的写指针和所有应用软件的读指针为初始值0：
C、驱动软件申请一块内存区域作为驱动信息数据结构，其中包含当前CPU负载，驱动使用一个定时器函数，每隔一个时间片计算一下CPU占用情况，写入驱动信息数据结构中；
D、硬件每次从网络接收到一个报文后，把报文传输到软件的报文缓冲区中，并根据报文长度，修改PCI空间的写指针；
E、接口库中的API接口被一个应用调用时，首先把内核空间的缓冲区和硬件的PCI空间映射到该应用的用户空间，然后根据该应用是第几个应用，把PCI空间的第几个软件读指针寄存器作为该应用的读指针寄存器使用；接口库打开设备时，还把驱动信息结构映射出来，从中可以看到当前的CPU负载情况；
F、应用软件在调用接口库打开设备时，根据该应用的优先级，在接口库中预设一个CPU负载情况的阈值；
G、应用软件循环收包，每次收包都要查看接口库中映射出的PCI空间寄存器，判断硬件写指针是否等于软件的读指针，如果不相等，则说明读指针和写指针之间是新的报文，则读取出来，并移动读指针；如果读指针追上了写指针，则说明缓冲区内报文已经全部读出，则等待一个时间片后，进行下一次轮询；
H、每个应用在使用接口库返回的报文之前，先把驱动信息结构中的当前CPU负载和该应用优先级确定的CPU负载阈值相比较，如果当前CPU负载已经超过了该应用的阈值，则主动丢包。
2.如权利要求1所述一种多应用收包的优先级管理方法，其特征在于：所述PCI空间包括报文缓冲区地址、长度、硬件从缓冲区读报文的读指针、软件向缓冲区写报文的写指针，根据预设的最大应用软件个数，为每一个应用申请一套寄存器。
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