第二部分端節(jié)點算法學(xué)(已修改)
2025-08-13 13:07 本頁面
【正文】 第二部分 端節(jié)點算法學(xué) 端節(jié)點算法學(xué) ? 端節(jié)點算法學(xué)： ? 網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)在端節(jié)點（尤其是服務(wù)器）上的運(yùn)用，是建立高速服務(wù)器的一組系統(tǒng)性技術(shù)。 ? 研究如何減少以下開銷： ? 數(shù)據(jù)拷貝（ chapter 5） ? 控制轉(zhuǎn)移（ chapter 6） ? 解復(fù)用（ chapter 7） ? 定時器（ chapter 8） ? 其它一般性協(xié)議處理任務(wù) （ chapter 9） 第五章 拷貝數(shù)據(jù) 消除不必要的拷貝（ P1） ? 接收和發(fā)送的報文在終端中通常會被拷貝多次 ? 計算機(jī)中的數(shù)據(jù)拷貝消耗兩個寶貴的資源： ? 內(nèi)存帶寬：如果處理一個報文涉及 k次拷貝，系統(tǒng)吞吐量可能降至 1/k ? 內(nèi)存：如果一個報文在內(nèi)存中被保存 k份，有效內(nèi)存容量降至 1/k ? 一個拷貝如果不是由硬件要求的，該拷貝是不必要的。 ? 消除多余的拷貝使得軟件接近實現(xiàn)硬件的潛力，是網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)的目標(biāo)之一。 為什么要拷貝數(shù)據(jù) ? 應(yīng)用場景： ? 用戶向 web服務(wù)器請求一個文件 ? 服務(wù)器從磁盤讀出文件，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上 資源消耗情況 ? 拷貝和 TCP檢查和計算都要消耗內(nèi)存總線帶寬 ? 不同內(nèi)存區(qū)域之間的拷貝 （ copy 2， copy 3）： ? 每個字都要通過內(nèi)存總線讀一次和寫一次 ? 計算 TCP檢查和： 需對每個字讀一次 ? 涉及外設(shè)的拷貝 （ copy 1， copy 4）： ? 如果由 CPU做拷貝（ PIO）：每個字都要通過內(nèi)存總線讀一次和寫一次 ? 如果由設(shè)備做拷貝（ DMA）：每個字只需通過內(nèi)存總線讀一次或?qū)懸淮? ? 涉及外設(shè)的拷貝還消耗 I/O總線帶寬 對服務(wù)器嚇吐量的影響 ? 在上面的例子中： ? Web服務(wù)器吞吐量不超過 T/7， T為內(nèi)存速度和內(nèi)存總線速度中的較小值 。 ? 有效的文件緩沖區(qū)大小僅為總?cè)萘康?1/3。 ? 多余的拷貝在兩個方面損害了服務(wù)器的性能： ? 由于使用了過多的總線和內(nèi)存帶寬，服務(wù)器的運(yùn)行速度低于總線速度。 ? 由于使用了過多的內(nèi)存，服務(wù)器不得不大量地從磁盤而不是主存讀文件。 請求勱態(tài)內(nèi)容 消除 Copy 4 ? 為什么需要 copy 4？ ? 適配器內(nèi)存位于適配器上， 而 內(nèi)核 存儲 空間位于存儲子系統(tǒng) 中。 ? 理論上， 在一個內(nèi)存映射的體系結(jié)構(gòu)中，內(nèi)存可以位于總線上的任何地方 ，包括在適配器中。 ? 利用網(wǎng)絡(luò)適配器中已有的存儲空間（ P4，利用系統(tǒng)組件 ）和內(nèi)核存儲空間放置的自由度（ P13，利用自由度 ），可以將部分內(nèi)核空間放在網(wǎng)絡(luò)適配器中。 如何計算檢查和？ ? Witless方法（ P2c，共享開銷 ） ： ? CPU讀 入每個字時，捎帶計算檢查和。 ? Afterburner適配器（ TCP offloading engine） ： ? 數(shù)據(jù)傳輸由網(wǎng)卡通過 DMA完成，網(wǎng)卡使用特殊的硬件在傳輸數(shù)據(jù)的同時計算檢查和。 ? 缺點： ? 在 Witless方法 中，出錯的數(shù)據(jù)包可能寫入應(yīng)用緩沖區(qū)，這可能是 Witless方法從未被實施的原因。 ? 網(wǎng)絡(luò)適配器需要很大的內(nèi)存空間來支持大量的高速 TCP連接，網(wǎng)卡成本很高。 消除 Copy 3 ? 應(yīng)用和內(nèi)核之間需要一次拷貝有兩個原因： ? 應(yīng)用程序在 write()之后可能重用其緩沖區(qū)，而TCP需要緩存數(shù)據(jù)以備重發(fā)，應(yīng)用和內(nèi)核之間通過數(shù)據(jù)拷貝可以解除耦合。 ? 應(yīng)用程序和內(nèi)核程序使用不同的虛擬地址空間，需要通過拷貝來傳遞數(shù)據(jù)。 ? 這個拷貝似乎是必要的， 有什么辦法能夠減小拷貝的開銷呢？ 寫時拷貝的原理 ? 寫時拷貝（ copyonwrite）： ? 當(dāng)應(yīng)用程序?qū)?nèi)核執(zhí)行一個寫時拷貝時，通過修改一些描述符，將內(nèi)核緩沖區(qū)映射到應(yīng)用緩沖區(qū)的物理內(nèi)存頁上。 ? 當(dāng)應(yīng)用程序試圖修改其緩沖區(qū)時，內(nèi)核進(jìn)行真正的拷貝（ P2b）， 但這種情況很少發(fā)生 。 ? 這里運(yùn)用 了 Lazy Evaluation（ P2b） 來 優(yōu)化預(yù)期情形（ P11） 。 使用寫時拷貝的示意圖 寫時拷貝的實現(xiàn) ? 舉例： ? 假定進(jìn)程 P1 的虛擬頁 X 映射到物理頁 P，操作系統(tǒng)要復(fù)制 X的內(nèi)容到進(jìn)程 P2 的虛擬頁 Y。 ? 當(dāng) P1對 X 進(jìn)行寫時拷貝時： ? 內(nèi)核修改頁表，令 Y 指向物理頁 P ? 將 X 表項的 COW保護(hù)位置位 ? 當(dāng) P1試圖寫頁 X時： ? 硬件讀 X的 COW位，發(fā)現(xiàn)置位，產(chǎn)生一個異常。 ? 操作系統(tǒng)將物理頁 P 拷貝到物理頁 P’，清除 X 的 COW位，令 X 指向 P’， Y 繼續(xù)指向 P。 寫時拷貝的實現(xiàn)（續(xù)） ? 對于不提供寫時拷貝功能的操作系統(tǒng)（如UNIX和 Windows）： ? 可以通過修改頁表避免物理拷貝 ? 需要找到一種替代 COW位的保護(hù)機(jī)制 優(yōu)化頁面重映射 ? 對頁面映射過于簡單的看法是，只需修改進(jìn)程 2的頁表，使 VP 8指向存放包數(shù)據(jù)的物理頁。 （ X） 頁面重映射的開銷 ? 修改多級頁表： ? 實際映射可能要求修改多級頁表，涉及多次寫。 ? 要求鎖操作： ? 修改頁表前后要有請求鎖和釋
職業(yè)教育相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1