多核cpu下基于pf_ring和設(shè)備輪詢機(jī)制的高性能包捕獲技-文庫吧
2024-12-29 11:19 本頁面
【正文】 句柄 ,一個簡單技巧是在程序初始化時增加信號處理函數(shù)， 以便在程序退出前執(zhí)行本條代碼 */ pcap_close(p)； 10 美亞柏科 股票代碼： 300188 Libpcap抓包性能分析 11 美亞柏科 股票代碼： 300188 Libpcap抓包性能分析 ? 高速復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下 libpcap丟包的原因主要有以下兩個方面： 1） Cpu處于頻繁中斷狀態(tài)，造成接收數(shù)據(jù)包效率低下。 我們可以假想一個場景，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的 100M 網(wǎng)卡，可能實(shí)際達(dá)到的接收速率為 80MBits/s，而此時數(shù)據(jù)包最大長度為 1500Bytes，則每秒產(chǎn)生的中斷數(shù)目為： 80M bits/s / (8 Bits/Byte * 1500 Byte) = 6667 個中斷 /s。 數(shù)據(jù)包最短長度為 46Bytes，則每秒產(chǎn)生的中斷數(shù)目為： 80M bits/s / (8 Bits/Byte * 46 Byte) = 217391 個中斷 /s。 每秒 6667到 217391個中斷，對于系統(tǒng)是個很大的壓力。 2）數(shù)據(jù)包被多次拷貝，浪費(fèi)了大量時間和資源。從網(wǎng)卡驅(qū)動到內(nèi)核，再從內(nèi)核到用戶空間。 12 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI技術(shù)簡介 NAPI技術(shù)簡介 NAPI（ New API） 是 Linux 上采用的一種提高網(wǎng)絡(luò)處理效率的技術(shù)，它的核心概念就是不采用中斷的方式讀取數(shù)據(jù)，而代之以首先采用中斷喚醒數(shù)據(jù)接收的服務(wù)程序，然后 POLL 的方法來輪詢數(shù)據(jù)。 13 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI的工作機(jī)制 經(jīng)過分析， 發(fā)現(xiàn)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中， 丟包率上升的原因是在捕包過程中， CPU一直處于接收中斷狀態(tài)， 而沒有把時間用于處理數(shù)據(jù)包的過程中來， 也就是進(jìn)入了系統(tǒng)中斷活鎖狀態(tài)。 利用 NAPI技術(shù)的設(shè)備輪詢機(jī)制可以成功解決這個問題， NAPI機(jī)制的具體特點(diǎn)如下： ( 1) 當(dāng)網(wǎng)卡接收到一個數(shù)據(jù)包， 便產(chǎn)生一個中斷信號給系統(tǒng) 。 ( 2) 系統(tǒng)進(jìn)行如下操作： 關(guān)閉網(wǎng)卡中斷（只是屏蔽了中斷信號，網(wǎng)卡仍然可以接收數(shù)據(jù)包到緩沖隊列） 。 激活輪詢進(jìn)程， 對該網(wǎng)卡進(jìn)行輪詢（處理緩沖隊列） 。 打開網(wǎng)卡中斷（解除屏蔽中斷信號）。 14 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI的工作機(jī)制 15 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI的工作機(jī)制 ? 使用 NAPI的先決條件 1）網(wǎng)卡設(shè)備有 DMA（ Direct Memory Access）硬件，要支持 DMA 的環(huán)形輸入隊列（也就是 ring_dma）。 2）在發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)包產(chǎn)生中斷的時候有能力關(guān)斷 NIC 中斷的事件處理，并且在關(guān)斷 NIC 以后，并不影響數(shù)據(jù)包接收到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的環(huán)形緩沖區(qū)（以下簡稱 rxring）處理隊列中。 3）有防止 NIC隊列中排隊的數(shù)據(jù)包沖突的能力。 16 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI的性能分析 ? 優(yōu)點(diǎn) NAPI技術(shù)的使用減少了中斷的數(shù)目，讓整個操作系統(tǒng)不必花費(fèi)太多的時間在中斷現(xiàn)場的保護(hù)和恢復(fù)上，以便把贏得的時間用來在我網(wǎng)絡(luò)層上的處理數(shù)據(jù)的傳輸，確實(shí)大幅度增強(qiáng)了數(shù)據(jù)包捕獲能力和系統(tǒng)響應(yīng)速度。 17 美亞柏科 股票代碼： 300188 NAPI的性能分析 ? 缺點(diǎn) NAPI 存在一些比較嚴(yán)重的缺陷： 1）對于上層的應(yīng)用程序而言，系統(tǒng)不能在每個數(shù)據(jù)包接收到的時候都可以及時地去處理它，而且隨著傳輸速度增加，累計的數(shù)據(jù)包將會耗費(fèi)大量的內(nèi)存，經(jīng)過實(shí)驗表明在 Linux 平臺上這個問題會比在 FreeBSD 上要嚴(yán)重一些； 2）另外一個問題是對于大的數(shù)據(jù)包處理比較困難，原因是大的數(shù)據(jù)包傳送到網(wǎng)絡(luò)層上的時候耗費(fèi)的時間比短數(shù)據(jù)包長很多（即使是采用 DMA 方式），所以正如前面所說的那樣， NAPI 技術(shù)適用于對高速率的短長度數(shù)據(jù)包的處理。 18 美亞柏科 股票代碼： 300188 4 解決方案 ? PF_RING解決方案 ? PF_RING的 TNAPI的改進(jìn)方案 ? PF_RING的 DNA的改進(jìn)方案 ? PF_RING的安裝使用 19 美亞柏科 股票代碼： 300188 PF_RING解決方案 PF_RING簡介 PF_RING是 Luca研究出來的基于 Linux內(nèi)核級的高效數(shù)據(jù)包捕獲技術(shù)。 PF_RING可以把從一個網(wǎng)絡(luò)接口抓到的數(shù)據(jù)包分發(fā)到多個 cpu核心或者線程中，以提高數(shù)據(jù)包處理能力。 20 美亞柏科 股票代碼： 300188 PF_RING工作機(jī)制 在大數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下， 設(shè)備輪詢機(jī)制表現(xiàn)出了較高的捕包能力， 但是在小包大流量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下， 設(shè)備輪詢機(jī)制雖然比 Libpcap的表現(xiàn)好了很多， 但依然難以達(dá)到讓人滿意的程度。 經(jīng)過進(jìn)一步分析， 在數(shù)
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