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基础知识

Pin network queue

"Pin network queue"(固定网络队列)是一种网络优化技术,用于将网络流量绑定到特定的网络队列或核心,以减少处理延迟、提高处理效率和提高网络吞吐量

工具

F-Stack

https://github.com/F-Stack/f-stackopen in new window

By Pass kernel

用户态套接字(User-level Sockets)

使用用户态套接字库(如 DPDK、Netmap、AF_XDP 等),在用户空间实现网络协议栈,绕过内核网络协议栈。用户态套接字允许应用程序直接接触到网络数据包,并自行处理和传递数据。

网络设备驱动(Network Device Drivers)

定制高性能的网络设备驱动程序,通过直接与网卡硬件进行交互,绕过内核网络协议栈。这种方法通常需要针对特定的硬件进行开发,以实现自定义的网络协议栈。

RDMA(Remote Direct Memory Access)

RDMA 是一种远程直接内存访问技术,它允许应用程序直接在远程主机之间进行内存访问,绕过操作系统的协议栈。RDMA 提供了低延迟和高吞吐量的网络通信能力,适用于高性能计算和分布式存储等领域。

用户态数据包处理库(User-space Packet Processing Libraries)

使用用户态数据包处理库(如 libpcap、PF_RING、Snabb Switch 等),可以直接在用户空间捕获和处理网络数据包,避免了内核空间和用户空间之间的上下文切换。

DPDK

DPDK(Data Plane Development Kit)通过以下几种手段来优化网络处理速度:

  1. 用户态操作:DPDK以用户态应用程序的形式运行,避免了操作系统内核和用户空间之间的频繁切换。这样可以减少系统调用的开销,提高网络处理的效率。

  2. 零拷贝技术:DPDK使用零拷贝技术,避免了数据在内核空间和用户空间之间的复制。通过直接内存访问(Direct Memory Access,DMA)和共享内存技术,数据可以直接从网络适配器传输到用户空间的应用程序,或者从应用程序发送到网络适配器,减少了数据复制的开销。

  3. 大页内存:DPDK利用大页内存(Huge Pages)来提高内存访问的效率。相对于传统的小页内存,大页内存具有更大的页大小,可以减少TLB(Translation Lookaside Buffer)缓存的失效,提高内存访问的速度和效率。

  4. 高性能驱动程序:DPDK提供了专用的高性能驱动程序,与支持DPDK的网络适配器配合使用,以最大化网络处理的性能。这些驱动程序通过优化中断处理、队列管理和数据传输等方面的细节,提供了更高的吞吐量和更低的延迟。

  5. 多队列支持:DPDK支持多队列技术,允许多个CPU核心同时处理网络流量。通过在多个队列上进行并行处理,可以提高并发性和负载均衡,并实现更高的网络吞吐量。

  6. CPU亲和性:DPDK允许将特定的CPU核心与特定的网络队列或任务进行绑定,以提高缓存局部性和减少缓存竞争。这可以通过CPU亲和性配置和任务调度来实现,从而优化网络处理的性能。