TWI825763B - 網路流量配置方法與電腦系統 - Google Patents

Abstract

一種網路流量配置方法與電腦系統，電腦系統包括有處理單元與接收頻寬配置的網路模組，通過處理單元運行一作業系統，其中執行監視控制程式，作業系統中運行網路流量配置方法，在此方法中，在作業系統中啟始一系統核心，可通過監視控制程式自系統核心取得核心運行資訊，以取得作業系統中執行於前景與背景的多個應用程式的資訊，並決定一優先順序，形成網路頻寬配置，並寫入至系統核心中的流量控制指令集或是網路模組的驅動程式，讓作業系統可以對多個應用程式個別執行一流量配置。

Description

網路流量配置方法與電腦系統

說明書公開一種網路流量配置方法，特別是一種通過作業系統的核心取得前景與背景程序的資訊以執行網路流量監控的方法與電腦系統。

常見在一個電腦系統中可同時運行多個應用程序，若多個應用程序也同時使用有限的網路流量，將產生相互影響的問題。舉例來說，相關應用如影音串流、下載資料、網路遊戲、視訊與線上課程等，這些應用一般都需要大量的網路流量，若沒有很好的管控機制，或沒有設定出優先順序，將可能使這些應用都無法順暢地使用網路。

現行技術中在特定作業系統平台上有提供智慧流量控管軟體，例如用於緊急處理流量的CFosSpeed，或是用於遊戲平台上的頻寬控制軟體的Realtek Dragon。

因為愈來愈多的服務（例如遊戲、影音串流）運行在網路上，相應地，使用者端將會需要更大的網路頻寬以及更好的流量管控技術才能因應對網路頻寬日漸增長的需求，而就終端使用環境而言，不同的作業環境有不同的解決方案，應用上確實有些困擾。因此，當更多網路平台業者提供跨平台的服務時，在終端使用者方面需要有跨作業系統網路管理的解決方案。

當一個電腦系統中運行有多個應用且在網路的使用上也會互相影響時，說明書提出一種網路流量配置方法與運行此方法的電腦系統，其中採用智慧流量管理機制可以有效改善網路頻寬管理。

根據實施例，所提出的電腦系統運行一網路流量配置方法，電腦系統以一處理單元運行作業系統，其中執行監視控制程式，特別是針對網路流量的管控，因此電腦系統還包括一網路模組，由執行於作業系統中的驅動程式所驅動，提供網路連線服務。

在作業系統中運行的網路流量配置方法中，於作業系統中啟始一系統核心，通過監視控制程式可自系統核心取得一核心運行資訊，以取得作業系統中執行於前景與背景的多個應用程式的資訊，之後可根據執行於前景與背景的多個應用程式的資訊決定一優先順序，以對這些應用程式進行網路頻寬配置。

進一步地，作業系統所執行的監視控制程式可以分為監視程序與控制程序，其中，可通過監視程序即時取得核心運行資訊，經通知控制程序後，可通過控制程序進行網路頻寬配置。

其中，在特定實施方法中，監視程序與控制程序可為運行於作業系統中的一個作業程序、兩個可相互溝通的作業程序，或通過一共享記憶體共享資訊的兩個作業程序。

進一步地，所述控制程序可根據作業系統賦予各應用程式的分數來判斷各應用程式執行於前景或背景，在據此決定所述的優先順序。而監視控制程式可為作業系統運行於一初始階段中載入至系統核心的一封包過濾程式。

當通過所述封包過濾程式取得的核心運行資訊時，可以取得一核心網路堆疊資訊，能從此核心網路堆疊資訊中取得多種網路傳輸協定下的封包資訊。

優選地，所述網路頻寬配置係根據優先順序設定多個應用程式個別一流量配置，並寫入系統核心中一流量控制指令集，或者一驅動程式，以控制網路模組執行網路頻寬配置。

進一步地，所述電腦系統可提供一視覺化的監控使用者介面，用以提供使用者調整執行於前景與背景的多個應用程式的優先順序，因此，所述監視程序將即時獲得優先順序的變化，再通過控制程序再次進行網路頻寬配置。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者訊號，但這些元件或者訊號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一訊號與另一訊號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

一個電腦系統可能同時運行多個應用程式，特別是需要使用網路的應用程式，例如影音串流程式、檔案上傳與下載的程式、網路遊戲程式、視訊應用程式，以及使用者之間傳遞數據的各種應用程式等，在頻寬有限的網路環境下，而這些同時運作的應用程式會有相互影響導致頻寬不足的問題。說明書提出一種網路流量配置方法，能自動根據電腦系統中各應用程式的運作資訊配置網路頻寬，使得不同應用程式在不同情況下能適當地使用網路。

列舉幾個情況，情況一：使用者正在下載學校課程影片，等待同時玩網路遊戲，但因為下載影片流量大導致玩遊戲卡頓；情況二：使用者正透過網路視訊開會，但另外在使用者裝置的背景運行特定應用程式，例如特定應用程式正在更新中，將會影響視訊的順暢度；情況三：使用者同時玩兩個網路遊戲，其中一個網路遊戲在背景運作，另一個網路遊戲在前景運作，這兩個遊戲將互相影響，前景運行的遊戲因為被背景網路遊戲所影響，因此會發生卡頓問題；情況四：使用者正通過網路進行網路課程，同時也需要下載課程要用到的檔案，網路課程會被背景下載課程檔案所影響；情況五：使用者通過特定影音平台播放4K網路影片，但還有應用程式正在背景運行，將可能影響到使用者觀看串流影音的順暢度。因此，當電腦系統運行說明書提出的網路流量配置方法，可以根據前景與背景應用程式的情況提供自動化網路頻寬配置，並且還提供使用者可彈性調整網路配置的功能。

圖1顯示運行所述網路流量配置方法的電腦系統架構實施例圖，圖中顯示的電腦系統以處理單元101運行一作業系統100，通過作業系統100初始化各周邊元件，例如各種電性連接處理單元101的記憶單元103、網路模組105、輸出入單元107與顯示模組109等，其中可通過運行於作業系統100中的驅動程式110驅動各種周邊電路，例如網路模組105需要驅動其中網路卡（NIC）的驅動程式。

在電腦系統運行的網路流量配置方法中，作業系統（例如Linux）中執行一監視控制程式，根據一實施例，監視控制程式可以是作業系統在電腦系統開機後的一初始階段中自記憶單元103載入至一系統核心（例如Linux kernel）的一封包過濾程式（例如Linux系統中的擴充柏克萊封包過濾器（extended Berkeley packet filter，eBPF）。在一實施方案中，監視控制程式還可區分為一監視程序（profiling routine）與一控制程序（controlling routine），通過監視程序可即時自系統核心中特定位置（例如記憶體溢出追蹤點（out-of-memory trace point））取得核心運行資訊，再將此核心運行資訊通知控制程序，接著即通過控制程序進行網路頻寬配置。

根據實施例，上述監視程序與控制程序可為運行於作業系統中的一個作業程序，或是兩個可相互溝通的作業程序，或通過一共享記憶體（shared memory）共享資訊的兩個作業程序。

實現網路流量配置方法的系統架構還可參考圖2所示執行網路流量配置方法的系統架構實施例。

在此實施例中，電腦系統通過作業系統啟始一個作業環境20，其中運行多個應用程式，如圖示的應用一201、應用二202、應用三203以及應用四204，當中有執行於前景程序的，例如是使用者正在操作的應用程式，如正在觀看串流影音，而其他則相對是運行於背景程序的應用程式，而運行於背景程序的多個應用程式之間也會有不同的網路頻寬需求，因此電腦系統將執行彈性的網路頻寬配置。

電腦系統提供一個監控使用者介面200，可以文字或圖形化使用者介面監視運行於前景與背景的應用程式，亦可通過監控使用者介面200其中提供的操作介面，提供使用者手動調整執行於前景或背景程序的應用程式的優先順序，因此，通過上述監視控制程式執行的網路頻寬配置方法將動態決定優先順序，以彈性地提供網路頻寬配置。

根據實施例之一，可在作業系統的初始階段載入執行監試控制程式至系統核心230，其中可通過監視程序220至系統核心230的特定位置取得核心運行資訊，包括主動取得與被動自系統核心230接收到資訊，可取得如圖示的網路堆疊（network stack）233與記憶體溢出（out-of-memory）234的資訊。其中，舉例來說，封包會通過系統核心的230的核心網路堆疊（kernel network stack），從核心網路堆疊資訊中可取得多種網路傳輸協定下的封包資訊。因此當監視程序220根據網路堆疊233取得網路流量相關資訊，包括網路介面電路的資訊，例如網路卡（NIC）運作的資訊，這是網路堆疊中最底層的物理層；網路傳輸訊協定，如TCP/IP和UDP/IP等通訊協定；以及驅動程式，除了網路卡驅動程式外，還包括作業系統中針對各種網路傳輸協定與各種傳輸應用的驅動程式。

進一步地，通過監視程序220，可根據記憶體溢出234的資訊取得正在運行的應用程式的分數，可稱記憶體溢出分數（out-of-memory score，OOM score），這是用來提供作業系統判斷執行程序（running process）的優先順序的依據，因此讓監視程序220可以據此判斷各應用程式是運行於前景程序或是背景程序，因此，根據作業系統針對各應用程式的運行狀態給定分數，例如在某一數值之內，可判定是前景程序的應用程式，而其餘的可以判斷是在背景程序中的應用程式。相關應用例如，分數愈低表示重要性愈高，分數愈高表示重要性愈低，因此可提供作業系統判斷是否提供殺死程序（killer）將該程序終止的依據；或是讓監視程序220根據作業系統給定的分數判斷各應用程式實際網路頻寬的需求。

當通過監視程序220即時取得核心運行資訊，接著通知控制程序210，讓作業系統可以通過控制程序210進行網路頻寬配置，其中手段包括根據所述記憶體溢出分數，決定應用程式（例如應用一201、應用二202、應用三203以及應用四204）的優先順序，並決定配置給各應用程式的網路流量，其中設有規則，可以寫入系統核心230相關設定（例如配置的規則），包括寫入系統核心230的流量控制231（例如Linux traffic control），實作為一流量控制程序，或是將流量配置寫入網路介面的驅動程式232，兩種擇一即可實現網路流量配置的目的，但若兩種一起效果更好。當控制程序210取得前景程序、背景程序以及網路相關等核心運行資訊，通過上述流量控制231與驅動程式232進行智慧流量管控，以控制網路模組執行網路頻寬配置，即根據優先順序設定多個應用程式個別一流量配置。

圖3顯示網路流量配置方法的實施例流程圖，此流程描述網路流量配置方法運作的主要流程。

在此流程中，電腦系統開機後進入作業系統，啟始一系統核心，在此初步階段，即自記憶體中載入並執行監視控制程式（步驟S301），通過其中的功能可自系統核心的特定位置即時取得核心運行資訊（步驟S303），依據上述實施例，可判斷出作業系統中運行於前景與背景程序的應用程式（步驟S305），之後可根據執行於前景與背景程序的資訊（例如上述記憶體溢出分數）即時決定優先順序（步驟S309）。同時，還可保存等待使用者可以通過圖2顯示的監控使用者介面訪問監視控制程式中的程序（例如監視程序與控制程序），通過監視控制程式取得系統核心產生的信息，讓使用者可以通過監控使用者介面監看多個應用程式的運作狀態，也取得各應用程式目前使用網路頻寬的狀態。其中若有使用者手動調整多個應用程式的優先順序（步驟S307），將可通過監視控制程式根據手動決定的優先順序（步驟S309）動態地對各應用程式進行網路頻寬配置（步驟S311）。

根據實施例，在進行網路頻寬配置時，可通過封包過濾程式取得核心運行資訊中包括核心網路堆疊（kernel network stack）資訊，因此，除了根據執行於前景與背景程序決定應用程式的優先順序外，可自系統核心取得核心運行資訊中網路封包資訊，因此可以根據封包資訊決定優先順序，在特定的應用上，可參考封包的埠號（port number）與採用的網路傳輸協定（例如TCP/UDP等）決定優先順序，例如，可以設定在網路模組的驅動程式中各應用程式產生的封包的埠號，讓特定埠號的封包可優先通過。

進一步，關於網路流量配置方法的特定實施例可參考圖4顯示的流程圖，方法所應用的電腦系統可以是Linux系統，電腦系統經開機與硬體初始化後（步驟S401），進入核心（Linux kernel），載入監視控制程式（步驟S403），執行其中監視程序與控制程序（步驟S405），可以從系統核心的特定位置取得核心運行資訊，特別如核心特定位置中記載的前景與背景程序分數，還包括網路封包的資訊（步驟S407），因此可以通過監視程序取得運行於前景與背景程序的應用程式（步驟S409）。

根據實施例，監視程序將運行於前景與背景程序中的應用程式資訊以及網路封包資訊告知控制程序（步驟S411），使得控制程序根據各應用程式的優先順序以及即時網路封包的資訊（例如各應用程式產生的封包的埠號、網路傳輸協定等）決定如何管控網路流量，產生相關網路流量配置的設定（步驟S413），再將網路配置寫入系統核心的流量控制程序或是網路模組中網路卡的驅動程式（步驟S415），可實現智慧流量管控的目的。

根據以上實施例所描述的網路流量配置方法的流程，可以逐一解決上述幾種情況產生的問題，回應如下。

情況一：使用者正在下載學校課程影片，等待同時玩網路遊戲，但因為下載影片流量大導致玩遊戲卡頓。根據網路流量配置方法實施例之一，當使用者點選下載課程影片，同時也開始網路遊戲，根據核心運行資訊得出網路遊戲為前景程序，根據電腦系統給定前景程序的分數（例如OOM score），監視控制程式中的監視程序可取得運行於前景與後景程序的應用程式資訊，再通過控制程序設置優先順序，並寫入系統核心中的流量控制程序或是網路卡驅動程式。

情況二：使用者正透過網路視訊開會，但另外在使用者裝置的背景運行特定應用程式，例如特定應用程式正在更新中，將會影響視訊的順暢度。根據網路流量配置方法實施例之一，常見作業系統運行於背景程序的應用程式如行事曆、電子郵件、氣象與新聞資訊以及即時訊息收發等，若此時前景程序是網路視訊，當監視控制程式中的監視程序得到前景與後景程序中運行的應用程式資訊時，可通過控制程序設置優先順序至系統核心的流量控制程序中，以及網路卡驅動程式，藉此配置提供較大的網路頻寬給運行於前景程序中的網路視訊。

情況三：使用者同時玩兩個網路遊戲，其中一個網路遊戲在背景運作，另一個網路遊戲在前景運作，這兩個遊戲將互相影響，前景運行的遊戲因為被背景網路遊戲所影響，因此會發生卡頓問題。根據網路流量配置方法實施例之一，其中運行於背景程序的網路遊戲僅需要上傳資料給遊戲伺服器，可接受少量延遲，因此可設定為較低優先順序；但針對在前景程序中運行的另一個遊戲提供較高優先順序，因為使用者正在遊玩的遊戲一般無法接受延遲的情況。

情況四：使用者正通過網路進行網路課程，同時也需要下載課程要用到的檔案，網路課程會被背景下載課程檔案所影響。根據網路流量配置方法實施例之一，當學生正在上視訊課程時，老師要求學生下載作業檔案，這類下載程序一般是在背景程序下運行，賦予較低的優先順序，而運行在前景程序的視訊設定賦予較高優先順序，因此視訊不會被下載作業檔案影響。

情況五：使用者通過特定影音平台播放4K網路影片，但還有應用程式正在背景運行，將可能影響到使用者觀看串流影音的順暢度。根據實施例，通過網路流量配置方法，基於觀賞影音內容的需求，可以通過運行在系統核心中的控制程序配置較高優先順序給運行在前景程序中的串流影音應用程式。

在所述的網路流量配置方法中，電腦系統還提供一監控使用者介面以讓使用者調整執行於前景與背景的多個應用程式的優先順序，可參考圖5所示網路流量配置方法中使用者操作介面的實施例圖。

圖中顯示一個視覺化的圖形化使用者介面實作的操作介面50，操作介面50根據監視控制程式中的監視程序取得運行於前景程序與背景程序的應用程式的分數以及網路頻寬使用的資訊，以圖形化使用者介面顯示，並提供各種調整功能。

操作介面50顯示有一模式選擇介面500，提供使用者根據需求選擇其中網路流量配置的設定，例如自動模式501為系統通過監視控制程式的預設規則配置網路流量；遊戲模式502對應的網路流量配置為賦予遊戲應用程式較高的優先順序，有較高的優先權值，保障遊戲的順暢度；串流模式503將賦予影音串流應用程式有較高的優先順序，保障影音觀賞的體驗；網頁模式504提供使用者在瀏覽網頁擁有較高優先順序以保障頻寬；另提供使用者定義505功能，讓使用者依照自己的需求設定各應用程式使用網路頻寬的優先順序。

另一方面顯示有一優先順序監視與控制介面510，其中示意表示有多個應用程式正在運行中，如應用程式一511、應用程式二512、應用程式三513以及應用程式四514，圖示的順序可以是依照核心運行資訊中記載各應用程式的分數的順序，各筆資訊還包括各應用程式的流量統計520與優先順序530。使用者可以利用各種輸入手段調整應用程式的優先順序，同時確認目前網路智慧流量管控的狀態。

綜上所述，上述實施例所描述的網路流量配置方法直接從系統核心取得應用程式運行在前景與背景程序的資訊，並包括網路封包的資訊，使得運行在作業系統中的監視控制程式可以根據前景與背景程序的狀態動態配置網路頻寬給不同的應用程式，並能即時動態調整，實現電腦系統中智慧控制網路流量的目的。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100:作業系統 110:驅動程式 101:處理單元 103:記憶單元 105:網路模組 107:輸出入單元 109:顯示模組 200:監控使用者介面 210:控制程序 220:監視程序 230:系統核心 231:流量控制 232:驅動程式 233:網路堆疊 234:記憶體溢出 20:作業環境 201:應用一 202:應用二 203:應用三 204:應用四 50:操作介面 500:模式選擇介面 501:自動模式 502:遊戲模式 503:串流模式 504:網頁模式 505:使用者定義 510:優先順序監視與控制介面 511:應用程式一 512:應用程式二 513:應用程式三 514:應用程式四 520:流量統計 530:優先順序 步驟S301～S311網路流量配置流程 步驟S401～S415網路流量配置流程

圖1顯示運行網路流量配置方法的電腦系統架構實施例圖；

圖2顯示執行網路流量配置方法的系統架構實施例；

圖3顯示網路流量配置方法的實施例之一流程圖；

圖4顯示網路流量配置方法的實施例之二流程圖；以及

圖5顯示網路流量配置方法中使用者操作介面的實施例圖。

200:監控使用者介面 210:控制程序 220:監視程序 230:系統核心 231:流量控制 232:驅動程式 233:網路堆疊 234:記憶體溢出 20:作業環境 201:應用一 202:應用二 203:應用三 204:應用四

Claims (9)

1. 一種網路流量配置方法，執行於一電腦系統中，包括：於該電腦系統中，運行一作業系統，啟始一系統核心，並執行一監視控制程式；該監視控制程式中的一監視程序自該系統核心中的一記憶體溢出追蹤點取得一核心運行資訊，以取得該作業系統中執行於前景與背景的多個應用程式的資訊，並將該核心運行資訊通知該監視控制程式中的一控制程序；以及根據執行於前景與背景的該多個應用程式的資訊決定一優先順序，通過該控制程序對各應用程式進行網路頻寬配置。
2. 一種電腦系統，其中運行一網路流量配置方法，包括：一處理單元，運行一作業系統，其中執行一監視控制程式；以及一網路模組，電性連接該處理單元，由執行於該作業系統中的一驅動程式所驅動，提供網路連線服務；其中該網路流量配置方法包括：於該作業系統中啟始一系統核心；通過該監視控制程式中的一監視程序自該系統核心中的一記憶體溢出追蹤點取得一核心運行資訊，以取得該作業系統中執行於前景與背景的多個應用程式的資訊，並將該核心運行資訊通知該監視控制程式中的一控制程序；以及根據執行於前景與背景的該多個應用程式的資訊決定一優先順序，通過該控制程序對各應用程式進行網路頻寬配置。
3. 如請求項2所述的電腦系統，其中該監視程序與該控制程序 為運行於該作業系統中的一個作業程序、兩個可相互溝通的作業程序，或通過一共享記憶體共享資訊的兩個作業程序。
4. 如請求項2所述的電腦系統，其中該控制程序根據該作業系統賦予各應用程式的一分數判斷各應用程式執行於前景或背景，據此決定該優先順序。
5. 如請求項2所述的電腦系統，其中該監視控制程式為該作業系統運行於一初始階段中載入至該系統核心的一封包過濾程式。
6. 如請求項5所述的電腦系統，其中該封包過濾程式為Linux系統中的一擴充柏克萊封包過濾器。
7. 如請求項5所述的電腦系統，其中通過該封包過濾程式取得的該核心運行資訊包括一核心網路堆疊資訊，從該核心網路堆疊資訊中取得多種網路傳輸協定下的封包資訊。
8. 如請求項2至7中任一項所述的電腦系統，其中該網路頻寬配置係根據該優先順序設定該多個應用程式個別一流量配置，並寫入該系統核心中一流量控制指令集，或者一驅動程式，以控制該網路模組執行網路頻寬配置。
9. 如請求項8所述的電腦系統，其中該電腦系統提供一監控使用者介面，提供一使用者通過該監控使用者介面監看該多個應用程式的運作狀態，取得各應用程式使用網路頻寬的狀態，並調整執行於前景與背景的該多個應用程式的優先順序。

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