CN103036759B - 一种x86虚拟化条件下降低网络i/o操作cpu开销的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，包括：数据缓存模块、网络数据请求截留模块和缓存数据交换通信模块；应用调用数据交换通信模块接口，将待缓存数据及其编号和特征值传输到数据缓存模块；当网络数据请求截留模块接收到来自网络的数据包时，首先提取数据包的特征值，并以特征值为索引在数据缓存模块中查找是否有相应匹配，若存在响应匹配，则将数据返回，并丢弃该数据包；若不存在相应匹配则将数据包交给上层协议处理。本发明可以有效的降低I/O虚拟化所占用的CPU开销，提高I/O性能。

Description

一种X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统

技术领域

本发明涉及数据缓存技术和X86平台虚拟化中的I/O虚拟化技术，特别是一种X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，属于计算机技术领域。

背景技术

虚拟化技术已有50多年的历史，它几乎与操作系统同时产生，并伴随着计算机硬件、操作系统和软件的发展而逐步发展。虚拟化技术最早被用于IBM大型机上，以人们熟知的分时操作系统的形式出现，并且在之后的很长一段时间内一直存在于大型机领域。1974年，波佩克和戈登堡合写论文《Formal Requirements for Virtualizable Third Geneation Architectures》，提出了著名的波佩克与戈德堡虚拟化需求，用于验证某一计算机体系结构可否被有效虚拟化。后来，随着80x86芯片的不断成熟和在商业上取得的巨大成功，x86架构的计算机占据越来越重要的地位。由于虚拟化具有无可比拟的优势，研究者试图将虚拟化技术引入到X86架构中，但是x86架构在设计初期并没有考虑虚拟化的问题，因此在x86虚拟化过程中遇到了巨大的困难。

为了解决这些困难，实现在x86平台上的虚拟化，产业界、学术界的研究人员分别提出了全虚拟化、半虚拟化、硬件辅助虚拟化的解决方案，推出了VMWare、Xen、KVM、Hyper-V等虚拟化软件，AMD和Intel公司也分别推出了支持硬件辅助虚拟化的CPU产品。

到目前为止，x86架构下的虚拟化模型主要分为4种，如图1所示，独立监控器模式、宿主模式、混合Ⅰ型和混合Ⅱ性。

独立监控器模式：虚拟机管理器程序（VMM）直接在硬件上运行，它的指令具有最高优先级；操作系统运行在较低特权的模式，保证VMM对硬件具有完全的控制。VMM拥有硬件驱动程序，所有硬件受虚拟机管理器控制。

宿主模式：宿主操作系统运行在硬件上，并且对硬件具有完全的控制权限。VMM作为用户态进程运行，这样虚拟机管理器可以直接调用操作系统的驱动和服务来支持对I/O等设备的访问。

混合Ⅰ型：这种模式是独立监控器模式和宿主模式的一种混合形式，VMM直接运行在硬件上，具有最高管理权限；一个特权操作系统管理所有的本地设备驱动，负责处理整个系统的硬件访问请求。

混合Ⅱ型：这种模式是独立监控器模式和宿主模式的另外一种混合形式，VMM作为操作系统的一个模块运行在操作系统的内核态，在操作系统的支持下它可以虚拟机分配CPU、内存等硬件资源。跟宿主模式不同的是，这种模式下，虚拟机运行在介于内核态和用户态之间的一个新的特权模态，称为来宾态。

所有这些模式都有一个共同的特点：虚拟机不能直接访问I/O资源，都需要经过虚拟机VMM的调度来进行硬件访问，这种方式被称为I/O虚拟化。长期以来，对于I/O虚拟化的研究主要集中在效率和公平性两个方面。随着半虚拟化技术的应用，I/O虚拟化的效率有了非常大的提升，Xen、VMware等相继使用半虚拟化技术提升I/O效率；针对公平性问题的研究成果也层数不穷。而I/O虚拟化的效率和公平性都伴随着巨大的CPU的额外开销，但是很少有研究致力于减少这种开销，以提高系统的整体性能。

图2表示的是Xen的半虚拟化网络I/O解决方案，在xen中通常用“域”来表示一个虚拟机。图中Dom0是一个特权域，安装有原生硬件驱动和后端设备驱动。在VMM的调度下，Dom0通过后端驱动与DomU进行交互，并将DomU的网络数据包通过原生设备驱动发送到物理网卡进行传输。DomU中的前端设备驱动在Xen的事件通道和I/O环机制的保障下，与Dom0进行数据交换。图3所示为domU网络数据发送示意图，其中步骤1-8是Xen环境中I/O虚拟化中的额外开销，对系统整体性能产生非常大的影响。实验数据指出，虚拟机中部署Web服务器等I/O密集型应用时，其I/O的额外开销可以高达45%~60%。

发明内容

本发明技术解决问题：针对I/O虚拟化中的CPU开销过大的问题，提供一种X86虚拟化条件下降低网络I/O操作占用CPU开销的方法，可以有效的降低I/O虚拟化所占用的CPU开销，提高I/O性能。

本发明技术解决方案：X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，包括：位于VMM或Dom0的数据缓存模块，网络数据请求截留模块和缓存数据交换通信模块。如图6、7、8所示。

数据缓存模块：

在VMM或Dom0内存中建立基于树的三级索引结构网络数据包缓存，其目的是将虚拟机中的应用数据缓存到VMM或Dom0中，并可以通过索引进行快速查找和定位。所缓存的数据全部为虚拟机中需要通过网络进行传输的数据，尤其以静态数据为佳，为保证效率，缓存数据全部存放在内存中。VMM对物理机的具有分配和管理的权限，因此，必要的时候可以让渡部分虚拟机内存供给缓存使用。网络数据包缓存位于VMM或Dom0中，以内核模块或系统服务的形式存在，可以手动进行加载或停止使用。

为缓存数据建立三级的索引结构。一个数据包发送到目的应用需要有3个重要的标识：MAC地址、IP地址、端口号。数据包在发送到虚拟机之前，其MAC地址和IP地址是一一对应的，用于标识一台虚拟机，本发明将二者同时列为第一级索引目录；端口号是虚拟机内部逻辑资源，与虚拟机中应用相对应，因此本发明根据端口号建立第二级索引目录；第三级索引由具体的缓存数据特征（如URI）进行标识，直接指向缓存是数据。这种三级的索引结构可以方便快速的查找数据，又能在逻辑上实现清晰的数据隔离。缓存索引结构如图7所示。

缓存的数据需满足以下条件：（1）数据量较小且经常被请求；（2）数据内容相对固定。

缓存索引树的根节点为缓存索引的入口，一级子节点为缓存数据的第一级索引由MAC地址+IP地址标识，二级子节点为缓存数据的第二级索引，由端口号标识，三级子节点为缓存数据的第三级索引由缓存数据特征标识，树的叶子节点为缓存数据及其元数据信息。缓存模块提供数据插入、修改、删除、查询和元数据查询等操作。

网络数据请求截留模块：

在介绍该模块之前，先定义两个概念。

（1）特征值.指来自网络的数据包请求的目的地址、端口号PORT和请求数据的URI，用四元组F<MAC，IP，PORT，URI>表示，其中MAC地址在数据包的以太网数据包报头中标识，IP地址在网络层协议（IP协议）报头中标识，端口号在传输层协议（TCP协议）报头中标识，URI在应用层协议（HTTP协议）报头中表示。

（2）索引链.由指向缓存数据的索引组成的链，记做L，用<MAC+IP,PORT，URI>标记，可以由F经过简单计算得到。(*L)表示索引链L指向的数据块。

（3）以Linux内核为基础的虚拟机监控器中存在一种称为Netfilter的机制，可以对网络数据包进行拦截和处理，Netfilter的架构就是在整个网络流程的若干位置放置了一些监测点（HOOK），而在每个检测点上登记了一些处理函数进行处理（如包过滤，NAT等，甚至可以是用户自定义的功能）。考虑到Netfilter具有高效、便捷的使用特点，本发明在现有Netfilter机制的基础上进行扩展，在物理网卡和VNET之间添加一个新的监测点函数调用，使其满足需求。

如图8所示，当一个数据包到达时，从该监测点中读取该数据包，并提取该数据包的特征值F，计算索引链L，如果*L存在，说明该数据包已经被缓存，则取出该缓存数据进行返回并丢弃该数据包；如果*L不存在，则不作任何处理，将数据包交给上层协议继续处理，数据包最终会被传递到目的虚拟机。

缓存数据交换通信模块：

在虚拟机和VMM或Dom0之间建立一种通信通道，用于虚拟机应用和缓存之间进行通信。虚拟机应用可以通过通道将数据放置到缓存中，并且通过通道对缓存数据进行插入、删除、修改、查询缓存数据、查询数据元数据等操作。通道对虚拟机中应用提供应用程序编程接口（API）以方便程序进行调用。其中主要的编程接口包括：

Put(id,data,feature)

用于将应用数据插入到缓存中，其中id为数据编号，data为数据内容，feature为数据的特征值。

Delete(id)

删除放入缓存中的数据，包括其特征值。

Modify(id,data,feature)

用于修改放入缓存中的数据，其中id为数据编号，data为数据内容，feature为数据的特征值。

Query(id)

查询缓存中的数据。

QueryMetadata(id)

查询缓存中的数据的元数据信息。

本发明的优点和积极效果如下：

（1）本发明提供了一种虚拟机条件下加速网络资源访问的途径，通过将数据缓存至VMM或Dom0层，数据可以快速通过网络进行发送。

（2）本发明有效降低了网络密集型应用CPU额外开销。由于大量频繁访问的数据都缓存在VMM或Dom0层，这里可以避免虚拟机到虚拟机监控器之间大量的数据交换，因此可以有效的降低数据内部传输的开销，提升相关应用和该VMM上运行的其他虚拟机应用性能。

附图说明

图1为x86架构虚拟化模型；

图2为Xen的网络I/O示意图；

图3为数据发送示意图；

图4传统虚拟机网络架构；

图5为本发明的网络架构图；

图6为本发明系统的体系结构图；

图7为本发明中缓存索引结构；

图8为发明中的网络数据请求截留；

图9为本发明中网络结构及Netfilter挂载点示意图。

具体实施方式

图4所示为传统虚拟机网络架构，来自网络的请求数据包首先到达VMM或Dom0，然后通过vNet发送到响应虚拟机中，交由虚拟机及其应用对数据包进行处理；处理结束后，响应数据包通过vNet发送到VMM或Dom0，进而发送到网络。

如图5、6所示，本发明包括数据缓存模块，网络数据请求截留模块和缓存数据交换通信模块，应用调用数据交换通信模块接口，将待缓存数据及其编号和特征值传输到数据缓存模块。当网络数据请求截留模块接收到来自网络的数据包时，首先提取数据包的特征值，并以特征值为索引在数据缓存模块中查找是否有相应匹配，若存在响应匹配，则将数据返回，并丢弃该数据包；若不存在相应匹配则将数据包交给上层协议处理。

下面将介绍各模块的具体实现过程：

1.数据缓存模块

（1）建立数据结构

在VMM或Dom0中建立一种支持索引的树形结构，根据索引链（MAC地址+IP地址、端口号和URI）建立3层索引结构，树的叶子节点为存储数据。存储数据包括元数据和有效数据两部分组成。元数据是一个大小固定的数据块，其中内容包括存储数据的id、存储数据的大小、数据访问次数、最新访问时间等；有效数据为应用缓存数据，即需要通过网络进行传递的数据。如图7所示。

（2）实现插入缓存数据操作

（2.1）根据缓存数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

（2.2）从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，若未发现匹配，则根据MAC+IP建立新的子节点，并以此为插入点A；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点A；

（2.3）从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，若未发现匹配，则根据PORT建立新的子节点，并以此为插入点B；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点B；

（2.4）从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，若未发现匹配，则根据URI建立新的子节点，并以此为插入点C；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点C；

（2.5）在插入点C下建立子节点，并将数据及元数据拷贝至该子节点。

（3）实现删除缓存数据操作

（3.1）根据缓存数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

（3.2）从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点A；

（3.3）从插入点A出发，根据L的PORT查找二级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点B；

（3.4）从插入点B出发，根据L的URI查找三级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点C；

（3.5）删除插入点C，插入点C下的数据。若插入点B为空，则删除插入点B；若插入点A为空，则删除插入点A。

（4）实现修改缓存数据操作

（4.1）根据缓存数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

（4.2）从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

（4.3）从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

（4.4）从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

（4.5）删除插入点C下的子节点，并建立新的子节点D，将数据及元数据拷贝至子节点D。

（5）实现查询缓存数据操作

（5.1）根据缓存数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

（5.2）从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

（5.3）从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

（5.4）从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

（5.5）返回查询点C下的数据信息。

（6）实现查询缓存元数据操作

（6.1）根据缓存数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

（6.2）从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

（6.3）从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

（6.4）从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

（6.5）返回插入点C下的元数据信息。

2.数据包请求拦截模块

（1）数据包请求拦截

在物理网卡和VNET之间添加了一个新的Netfilter挂钩函数调用，并将其标记为NF_INET_PRE_VSWICH，如图9中所示。通过对这个挂钩函数的调用就可以拦截到所以经过VMM（Dom0）的网络数据包。

（2）数据包特征值提取与匹配

分别从以太网数据包、网络层数据包（以IP为例）、传输层数据包（以TCP为例）和应用层数据包（以HTTP为例）四种数据包报头中提取数据包的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，根据F计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>。下面分别是这四种不同数据包的报头格式。

以太网数据包报头

IP数据报头

TCP数据报头

HTTP数据包请求行格式

例如：GET/index.html HTTP/1.1

则特征值F=(ethdr->destination_mac，iphdr->destination_ip，tcphdr->destination_port，httphdr->uri)；索引链L=(ethdr->destination_mac+iphdr->destination_ip，tcphdr->destination_port，httphdr->uri)；

根据索引链L在缓存中查找响应数据，若返回结果不为空，则表明发现特征值匹配；反之，则未匹配。

（3）丢弃数据请求包

在Netfiltet机制中，可以通过在hook的调用函数中返回NF_DROP的方式丢弃数据包，但非常遗憾的是新添加的这个挂钩函数并不能直接使用hook函数返回值中的NF_DROP，原因是linux内核的SMP机制导致其他进程可能正在对这个skb数据包进行操作，使用NF_DROP会导致系统崩溃。为了防止对Linux内核处理机制产生影响，并没有采取传统的同步锁机制来解决这个问题，而是充分利用了okfn函数和Linux内核对数据包的管理机制。

具体实现如下：

以太网数据包的报头格式定义如下：

目标地址和源地址分别是指此数据包的目标MAC地址和源MAC地址；协议类型表示网络层使用的协议，如IP协议类型为0x0800，ARP协议类型为0x0806。

（3.1）在hook函数中将需要过滤的数据包协议类型标记为0xFF00，该标记值没有被任何网络层协议所使用。

（3.2）在okfn函数中对标以太网数据包报头的类型进行判断：如果数据包协议类型标记为0xFF00，则丢弃；反之，则不做处理。

3.缓存数据交换通信模块

在缓存数据交换需要建立一种通信通道，通信通道的建立方式既可以通过虚拟机监控器内部的通信方式，如事件通道等，也可以通过传统的网络通信的方式，在本发明中我们采用了网络通信的方式。具体实现为：

（1）建立通信通道

在VMM或Dom0建立一个Socket的监听器，该监听器只能监听来自虚拟机内部的网络连接请求，并通过身份认证进行识别，以确保安全使用。在虚拟机的应用程序接口中通过安全的身份认证方式通过Socket连接该监听器，已建立虚拟机应用和缓存之间的通讯。

（2）通信API中实现

（2.1）Put函数实现，通过Socket连接将应用数据及特征值发送到缓存组件，并调用缓存组件中的方法（2）；

（2.2）Modify函数实现，通过Socket连接将应用数据及特征值发送到缓存组件，并调用缓存组件中的方法（4）；

（2.3）Delete函数实现，通过Socket连接将特征值发送到缓存组件，并调用缓存组件中的方法（3），通过Socket将返回值返回；

（2.4）Query函数实现，通过Socket连接将特征值发送到缓存组件，并调用缓存组件中的方法（5），通过Socket将返回值返回；

（2.5）QueryMetadata函数实现，通过Socket连接将应用数据及特征值发送到缓存组件，并调用缓存组件中的方法（6），通过Socket将返回值返回。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，其特征在于包括：数据缓存模块、网络数据请求截留模块和缓存数据交换通信模块；其中：

数据缓存模块：在VMM或Dom0层建立数据缓存模块用于缓存通过网络传输的应用数据，以下简称为网络数据；具体为：在VMM或Dom0内存中建立基于树的三级索引结构网络数据缓存，将虚拟机中通过网络传输的应用数据缓存到VMM或Dom0中，并通过索引进行快速查找和定位；所述网络数据缓存位于VMM或Dom0中；所述基于树的三级索引结构为：第一级索引为MAC地址和IP地址标识，第二级索引为端口号PORT标识，第三级索引为缓存的数据特征URI标识；树的叶子节点用于缓存网络数据；数据缓存模块提供对所缓存网络数据的插入、删除、修改、查询和对所缓存网络数据元数据的查询操作；

网络数据请求截留模块：在VMM或Dom0层建立网络数据请求截留模块用于拦截来自网络的请求数据，并直接对请求进行相应操作；具体为：在物理网卡和VNET之间添加一个新的监测点函数，即Netfilter挂钩函数，通过对这个挂钩函数的调用拦截到所经过VMM或Dom0的网络数据包；当一个网络请求到达时，从该监测点中读取该请求数据，并提取该请求数据的特征值F，计算索引链L，如果索引链L指向的数据块存在，说明该请求所对应的网络数据已经被缓存，则取出缓存数据进行返回并丢弃相应请求数据；如果索引链L指向的数据块不存在，则不作任何处理，将请求数据交给上层协议继续处理，请求数据最终会被传递到目的虚拟机；所述特征值F是指来自网络的请求数据所请求的目的地址、端口号和所请求网络数据的数据特征URI；所述索引链L是由指向缓存数据的索引组成的链，由特征值F经过简单计算得到；

缓存数据交换通信模块：在数据缓存模块与应用之间建立通信通道，通过调用API对数据进行插入、删除、修改、查询缓存数据和对缓存元数据查询；具体为：在虚拟机和VMM/Dom0之间建立一种通信通道，用于虚拟机应用和数据缓存模块之间进行通信，将待缓存数据和特征值传输到数据缓存模块，虚拟机应用通过通道将数据放置到缓存中，并且通过通道对缓存数据进行插入、删除、修改、查询和对缓存元数据查询操作。

2.根据权利要求1所述的X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，其特征在于：所述数据缓存模块对所缓存网络数据的插入、删除、修改、查询和对所缓存网络数据元数据查询操作的过程为：

(1)实现插入缓存数据操作

(1.1)根据缓存数据所对应请求数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

(1.2)从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，若未发现匹配，则根据MAC+IP建立新的子节点，并以此为插入点A；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点A；

(1.3)从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，若未发现匹配，则根据PORT建立新的子节点，并以此为插入点B；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点B；

(1.4)从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，若未发现匹配，则根据URI建立新的子节点，并以此为插入点C；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点C；

(1.5)在插入点C下建立子节点，并将缓存数据及缓存数据元数据拷贝至该子节点；

(2)实现删除缓存数据操作

(2.1)根据缓存数据所对应请求数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

(2.2)从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点A；

(2.3)从插入点A出发，根据L的PORT查找二级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点B；

(2.4)从插入点B出发，根据L的URI查找三级子节点，若未发现匹配，则返回；若发现匹配，则以匹配到的子节点为插入点C；

(2.5)删除插入点C，插入点C下的数据，若插入点B为空，则删除插入点B；若插入点A为空，则删除插入点A；

(3)实现修改缓存数据操作

(3.1)根据缓存数据所对应请求数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

(3.2)从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

(3.3)从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

(3.4)从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

(3.5)删除插入点C下的子节点，并建立新的子节点D，将数据及元数据拷贝至子节点D；

(4)实现查询缓存数据操作

(4.1)根据缓存数据所对应请求数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

(4.2)从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

(4.3)从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

(4.4)从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

(4.5)返回查询点C下的数据信息；

(5)实现查询缓存元数据操作

(5.1)根据缓存数据所对应请求数据的特征值F<MAC，IP，PORT，URI>，计算索引链L<MAC+IP，PORT，URI>；

(5.2)从根节点出发，根据索引链L的MAC+IP查找第一级子节点，并以此为插入点A；

(5.3)从插入点A出发，根据索引链L的PORT查找二级子节点，并以此为插入点B；

(5.4)从插入点B出发，根据索引链L的URI查找三级子节点，并以此为插入点C；

(5.5)返回插入点C下的元数据信息。

3.根据权利要求1所述的X86虚拟化条件下降低网络I/O操作CPU开销的系统，其特征在于：所述网络数据包包括以太网数据包、网络层数据包、传输层数据包和应用层数据包。