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嵌入式网络协议引擎 (ETA) 加速网络应用程序处理

嵌入式网络协议引擎 (ETA) 加速网络应用程序处理. 作者：林明峰. 日期： 2003-12. 概要. 今天的网络环境和网络操作系统 Linux 的 tcp/ip stack 的性能 嵌入内核的 tcp 加速模块 ETA 的现实应用. 今天的网络环境和操作系统. 10G 的以太网络带来什么. 通用处理器必须每 67 奈秒处理一个数据包 超过通用处理器处理极限 协议占用太多时间. NP 是唯一的解决方案吗 ?. Intel Ixp1200 带来好处 网络处理器对软件系统结果带来的问题 灵活性和高性能的矛盾. 谁占用的 cpu 的时间. 系统中断

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嵌入式网络协议引擎 (ETA) 加速网络应用程序处理

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Presentation Transcript

  1. 嵌入式网络协议引擎(ETA)加速网络应用程序处理嵌入式网络协议引擎(ETA)加速网络应用程序处理 作者：林明峰 日期：2003-12

  2. 概要 • 今天的网络环境和网络操作系统 • Linux 的tcp/ip stack 的性能 • 嵌入内核的tcp 加速模块 • ETA的现实应用

  3. 今天的网络环境和操作系统

  4. 10G的以太网络带来什么 • 通用处理器必须每67奈秒处理一个数据包 • 超过通用处理器处理极限 • 协议占用太多时间

  5. NP是唯一的解决方案吗? • Intel Ixp1200带来好处 • 网络处理器对软件系统结果带来的问题 • 灵活性和高性能的矛盾

  6. 谁占用的cpu的时间. 系统中断 内存拷贝 缓冲区管理 系统呼叫 Tcp/ip协议 应用程序只能占用3%

  7. Linux 的tcp/ip协议

  8. 内核的resource manager (ckrm) • 控制 diskIO 的资源分配 • 控制网络的IO分配 • 目前还不成熟 • http://ckrm.sourceforge.net/

  9. 我们的解决方案 • 区分出独立的协议处理层 • 固定一个cpu来专门处理协议 • 制定一个异步的通讯接口 • 新的socket库来利用ETA

  10. ETA System Architecture User Socket Applications • Network stack • Virtualized, asynchronous queuing and event handling • Engine Architecture & platform integration FileSystem KernelApplications SocketProxy IP StorageDriver ETA Host Interface Packet Processing Engine Network Fabric LAN Storage IPC

  11. DTIDoorbell DTITxQueue DTIRxQueue Direct Transport Interface Application (Kernel or User) Adaptation Layer Shared Host Memory AppBuffers DTIEventQueue Anonymous BufferPool ETAPacket Processing Engine … NIC NIC

  12. Host Application DTIDoorbell Adaptation layer TxQ RxQ EventQ EVENT A EVENT B EVENT C OP C OP D OP A OP B De-Queue Operation Descriptor PostCompletionEvent PostETA InterruptEvent (if waiting) Service Doorbell Process Operation DTI Operation Model • DTI operations: • Connection requests (Connect, Listen, Bind, Accept, Close, …) • Data transfer requests (Send, Receive) • Misc. operations (Set/Get Options,…)

  13. CPU 0 Host 2.4 Ghz KernelTest Program Off-the-shelf Linux Servers KernelAbstraction Layer Clients Clients Clients Clients Test Clients Host Memory ETA Host Interface CPU 1 PPE 2.4 Ghz ETA PPE Software Gigabit NICs (5) ETA Test Environment

  14. Processing requirements in multiple components • TCP/IP is the largest single component, but is small compared to total • The copy overhead is required to support legacy (synchronous) socket semantics • Interrupts and system calls are required in order to time-share the CPU resources 2P SMP Profile

  15. Processing times are compressed • Idle time represents CPU resource that is usable for applications • Asynchronous queuing interface avoids copy overhead • Interrupts avoided by not time-sharing CPU • System calls avoided by ETA queuing model ETA Profile (1 host CPU + 1 PPE)

  16. Profile Comparisons 2P SMP ETA

  17. Normalized CPU Usage

  18. ETA的应用 • 基于内核级别的ids程序 • 独立于操作系统的包获取 • 接管网卡

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