CN111211942A - 一种数据包的收发方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据包的收发方法，包括以下步骤：响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；上层应用层基于轮询模式对数据包进行处理，并且响应于处理完成，内核态驱动再次打开中断响应；以及网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。本发明还公开了一种计算机设备和可读存储介质。本发明提出的数据包的收发方法、设备及介质通过采用混合中断模式、流分类与多队列、硬件加速技术对操作系统内核协议栈做旁路处理，网络数据包不再经过内核协议栈，实现快速数据收发，提高网络数据包处理性能。

Description

一种数据包的收发方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，更具体地，特别是指一种数据包的收发方法、设备及可读介质。

背景技术

随着信息技术的发展，网络应用已越来越普遍，由此带来的后台服务网络处理性能的要求也越来越高。传统的服务器操作系统对网络数据包的处理需要通过内核协议栈进行，效率低，处理性能慢。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种数据包的收发方法、设备及介质，网卡收到数据包后通过采用混合中断模式、流分类与多队列、硬件加速技术对操作系统内核协议栈做旁路处理，网络数据包不再经过内核协议栈，实现快速数据收发，提高网络数据包处理性能。

基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种数据包的收发方法，包括如下步骤：响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；上层应用层基于轮询模式对数据包进行处理，并且响应于处理完成，内核态驱动再次打开中断响应；以及网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。

在一些实施方式中，还包括：响应于网卡无法识别数据包，将数据包发送到处理模块；

处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。

在一些实施方式中，还包括：网卡基于checksum offload功能对处理后的数据包进行校验和计算，并发送数据包。

在一些实施方式中，网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：网卡对数据包进行识别，响应于数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对数据包进行分类，并将数据包分发到对应的队列。

在一些实施方式中，无法识别的数据包为特殊封装的IP数据包。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；上层应用层基于轮询模式对数据包进行处理，并且响应于处理完成，内核态驱动再次打开中断响应；以及网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。

在一些实施方式中，还包括：响应于网卡无法识别数据包，将数据包发送到处理模块；处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。

在一些实施方式中，还包括：网卡基于checksum offload功能对处理后的数据包进行校验和计算，并发送数据包。

在一些实施方式中，网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：网卡对数据包进行识别，响应于数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对数据包进行分类，并将数据包分发到对应的队列。

本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。

本发明具有以下有益技术效果：通过采用混合中断模式、流分类与多队列、硬件加速技术对操作系统内核协议栈做旁路处理，网络数据包不再经过内核协议栈，实现快速数据收发，提高网络数据包处理性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明提供的数据包的收发方法的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种数据包的收发方法的实施例。图1示出的是本发明提供的数据包的收发方法的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：

S1、响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；

S2、上层应用层基于轮询模式对数据包进行处理，并且响应于处理完成，内核态驱动再次打开中断响应；以及

S3、网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。

在本发明的一些实施例中，采用混合中断轮询模式进行收包。采用中断机制可以降低延迟，使程序及时处理报文又不会一直占用CPU；采用轮询机制有利于大流量场景下的报文处理，提升程序吞吐率。若采用完全轮询方式会导致的CPU占用100％的问题，若使用休眠机制则可降低CPU占用但会引发延迟问题。利用网卡中断仅在有报文后才进行处理，可以有效降低对CPU的占用以及减少处延迟。若采用完全中断方式，则又会导致设备处理大量中断，CPU被中断占用，利用关闭中断，并轮询的方式可以减少中断带来的影响，提升程序在大流量情况下的性能。因此使用混合中断轮询模式是一种权衡资源占用，处理延迟，设备性能的较好的方式。

在本发明的一些实施例中，支持流分类和多队列功能。上层应用程序可以使用多个线程从多个队列同时收报，并发处理方式可以充分利用多核CPU的性能。网卡对数据包进行识别分类，将数据包分发到对应的队列，处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。

根据本发明的一些实施方式，还包括：响应于网卡无法识别数据包，将数据包发送到处理模块；处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。响应于无法识别的上述数据包，网卡将数据包发送到处理模块，处理模块进行自动识别，并根据预配置的策略规则进行分类，然后再分发到不同的线程进行处理。使用策略配置可以让特定网络流进入指定的队列，然后由相应的线程进行处理。

根据本发明的一些实施方式，还包括：网卡基于checksum offload功能对处理后的数据包进行校验和计算，并发送数据包。IP/TCP/UDP头部的数据包报文的校验和计算会有较高性能消耗，尤其是数据量大的情况下。利用网卡的checksum offload特性，发送数据包时利用硬件网卡进行校验和计算，提升上层处理程序的性能。

根据本发明的一些实施方式，网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：网卡对数据包进行识别，响应于数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对数据包进行分类，并将数据包分发到对应的队列。采用网卡的RSS分类规则进行分类，并将其分发到不同的队列，然后再由处理模块分别针对不同队列采用不同线程进行处理。利用硬件网卡的RSS直接分流提升性能。

根据本发明的一些实施方式，无法识别的数据包为特殊封装的IP数据包。网卡无法识别特殊封装的IP数据包，如多层VLAN，PPPoE，MPLS，自定义封装等。响应于无法识别的上述数据包，网卡将数据包发送到处理模块，处理模块进行自动识别，并根据预配置的策略规则进行分类，然后再分发到不同的线程进行处理。使用策略配置可以让特定网络流进入指定的队列，然后由相应的线程进行处理。

需要特别指出的是，上述数据包的收发方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于数据包的收发方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。

基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：S1、响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；S2、上层应用层基于轮询模式对数据包进行处理，并且响应于处理完成，内核态驱动再次打开中断响应；以及S3、网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同队列采用不同线程进行处理。

根据本发明的一些实施方式，还包括：响应于网卡无法识别数据包，将数据包发送到处理模块；处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。

根据本发明的一些实施方式，还包括：网卡基于checksum offload功能对处理后的数据包进行校验和计算，并发送数据包。

根据本发明的一些实施方式，网卡对数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：网卡对数据包进行识别，响应于数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对数据包进行分类，并将数据包分发到对应的队列。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序。

最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，数据包的收发方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由处理器执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被处理器执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。

此外，上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。

此外，应该明白的是，本文的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)、以及直接Rambus RAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。

结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性设计中，功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据包的收发方法，其特征在于，包括：

响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；

上层应用层基于轮询模式对所述数据包进行处理，并且响应于处理完成，所述内核态驱动再次打开中断响应；以及

所述网卡对所述数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同所述队列采用不同线程进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

响应于所述网卡无法识别所述数据包，将所述数据包发送到所述处理模块；

所述处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

网卡基于checksum offload功能对处理后的所述数据包进行校验和计算，并发送所述数据包。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网卡对所述数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：

所述网卡对所述数据包进行识别，响应于所述数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对所述数据包进行分类，并将所述数据包分发到对应的队列。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无法识别的所述数据包为特殊封装的IP数据包。

6.一种计算机设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现以下步骤：

响应于网卡接收到数据包，通过内核态驱动关闭中断响应并开启轮询模式；

上层应用层基于轮询模式对所述数据包进行处理，并且响应于处理完成，所述内核态驱动再次打开中断响应；以及

所述网卡对所述数据包进行识别分类并分发到对应的队列，并且处理模块根据不同所述队列采用不同线程进行处理。

7.根据权利要求6所述的计算机设备，其特征在于，步骤还包括：

响应于所述网卡无法识别所述数据包，将所述数据包发送到所述处理模块；

所述处理模块基于预配置策略进行分类并发送到对应线程进行处理。

8.根据权利要求6所述的计算机设备，其特征在于，步骤还包括：

网卡基于checksum offload功能对处理后的所述数据包进行校验和计算，并发送所述数据包。

9.根据权利要求6所述的计算机设备，其特征在于，所述网卡对所述数据包进行识别分类并分发到对应的队列包括：

所述网卡对所述数据包进行识别，响应于所述数据包为普通IP数据包，基于RSS分类规则对所述数据包进行分类，并将所述数据包分发到对应的队列。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任意一项所述方法的步骤。

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