本發(fā)明涉及網絡應用交付控制領域，特別涉及一種在支持分頁的Linux系統用戶空間分配連續(xù)物理內存的通用方法。

背景技術：

Linux系統是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網絡協議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網絡為核心的設計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網絡操作系統。Linux系統將自身劃分為兩部分，一部分為核心軟件(kernel)，也稱作內核空間；另一部分為普通應用程序，這部分稱為用戶空間(Userspace)。用戶空間中的代碼運行在較低的特權級別上，只能看到允許它們使用的部分系統資源，并且不能使用某些特定的系統功能，也不能直接訪問內核空間和硬件設備，以及其他一些具體的使用限制。

TCP/IP協議棧(TCP/IP Protocol Stack)是一個網絡通訊模型，或稱一整個網絡傳輸協議家族，為互聯網的基礎通訊架構。這個協議家族的兩個核心協議，包括TCP(傳輸控制協議)和IP(網際協議)，為這個家族中最早通過的標準。由于在網絡通訊協議普遍采用分層的結構，當多個層次的協議共同工作時，類似計算機科學中的堆棧。把TCP/IP協議棧放在Linux系統用戶空間(userspace)來運行是一種技術趨勢，由此帶來的好處有很多，例如：由于不需要修改Linux內核源代碼所以能使整個系統更穩(wěn)定，不會造成整個操作系統(Operating System，簡稱OS)的重啟進而造成系統對外提供的服務中斷。另 外，在Linux系統用戶空間運行TCP/IP協議棧還能避免GPL(General Public License，GNU通用公共授權)，從而保護公司自有的軟件知識產權。

如上，若把TCP/IP協議棧放在Linux系統中的用戶空間運行，一個亟待解決的問題是：如何在用戶空間實現網卡的收包(transmit packet)和發(fā)包(receive packet)。已有技術的公開方案主要有二種：Netmap和DPDK(Intel Data Plane Development Kit，Intel數據平面開發(fā)套件)。其一，Netmap方案的設計目標是L2/L3/L4層的快速轉發(fā)，當拿來做L4/L7層的負載均衡時很難避免內存拷貝，從而無法實現大流量下的高性能，不在本發(fā)明所考慮的應用環(huán)境；其二，DPDK的測試結果證明要想獲得網絡運行的高性能，就需要在Linux系統的用戶空間對網卡進行DMA(直接內存訪問，Direct Memory Access)操作。。DPDK采用Huge page可以實現在用戶空間分配連續(xù)物理內存，但是，DPDK的方案必須依賴于巨頁(huge page)的支持，處理器必須提供2M或者1G的huge page，目前只能在部分CPU上實現，很多低端CPU是不支持huge page的。

進一步地，通過huge page方法在用戶空間分配連續(xù)物理內存通常采用伙伴算法。Linux的伙伴算法是把用戶空間所有的空閑頁面分為10個塊組，每組中塊的大小是2的冪次方個頁面，例如，第0組中塊的大小都為2⁰(1個頁面)，第1組中塊的大小為都為2¹(2個頁面)，第9組中塊的大小都為2⁹(512個頁面)。也就是說，每一組中塊的大小是相同的，且這同樣大小的塊形成一個鏈表?；锇橄到y的宗旨就是用最小的內存塊來滿足內核的對于內存的請求。

技術實現要素：

為克服已有技術中存在的問題，本發(fā)明提出并設計了一種不依賴于huge page的在Linux系統用戶空間上分配連續(xù)物理內存的通用方法，使得任何運行在支持分頁的CPU上的Linux系統都能實現在用戶空間分配連續(xù)物理內存。

為實現上述目的，本發(fā)明特提出以下步驟：一種在Linux系統用戶空間分配 連續(xù)物理內存的方法，包括初始化步驟和分配連續(xù)物理內存步驟，所述的初始化步驟中至少包括2次用戶空間與物理內存的映射分配步驟。

其中所述初始化步驟包括：

步驟1、在用戶空間以頁為單位申請內存，將用戶空間與物理內存進行映射分配；

步驟2、對上述映射分配的頁面空間進行標注，并將所述已標注映射分配頁的物理內存地址加入到伙伴算法中；

步驟3、重復步驟1和2，直到分配的總物理內存地址滿足需求；

步驟4、從上述的伙伴算法中找出物理內存連續(xù)的內存塊地址，用戶空間與所找出物理內存連續(xù)的內存塊地址再次映射分配，生成新的映射分配并替換原映射分配后放入伙伴系統，然后計算出物理內存和新的映射分配的偏移值保存在伙伴系統中。

所述的分配連續(xù)物理內存步驟包括：

步驟1、從上述初始化步驟完成的伙伴系統中得到需要的連續(xù)物理內存的首地址；

步驟2、將上述物理內存的首地址加上所述偏移值得到虛擬地址的首地址，即完成了在用戶空間分配連續(xù)物理內存。

本發(fā)明在Linux系統用戶空間實現了物理內存分配的伙伴算法，不改動Linux內核而盡可能的實現連續(xù)物理內存分配和管理，在支持分頁平臺上運行的Linux系統都能實現，通用性強，且不需要依賴于特定的硬件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明LINUX系統中用戶空間結構示意圖；

圖2是本發(fā)明方法流程圖；

圖3是本發(fā)明初始化步驟的一種較佳實施例流程圖。

具體實施方式

在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，本領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也是本申請各權利要求所要求保護的技術方案。

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明系統包括支持分頁的硬件設備、LINUX操作系統內核、LINUX系統調用接口及用戶空間，其中在用戶空間至少包括網絡協議棧(例如：TCP/IP、HTTP等)、系統函數庫、連續(xù)的物理內存分配頁模塊以及用戶層伙伴算法模塊等。

根據圖1所示系統，再如圖2，本發(fā)明方法具體步驟如下：

初始化的步驟：

步驟1、在用戶空間以頁為單位申請內存，將用戶空間與物理內存進行映射分配，例如，在用戶空間以頁為單位建立虛擬地址與物理地址的映射分配頁；

步驟2、對上述映射分配的頁面空間進行標注，并將所述已標注映射分配頁的物理內存地址加入到伙伴算法中；

步驟3、重復步驟1和2，直到分配的總物理內存地址滿足需求；

步驟4、從上述的伙伴算法中找出物理內存連續(xù)的內存塊地址，用戶空間與所找出物理內存連續(xù)的內存塊地址再次映射分配，生成新的映射分配并替換原映射分配后放入伙伴系統，然后計算出物理內存和新的映射分配的偏移值保存在伙伴系統中。

所述的分配連續(xù)物理內存步驟包括：

步驟1、從上述初始化步驟完成的伙伴系統中得到需要的連續(xù)物理內存的首地址；

步驟2、將上述物理內存的首地址加上所述偏移值得到虛擬地址的首地址，即完成了在用戶空間分配連續(xù)物理內存。

圖3為本發(fā)明初始化步驟的一較佳實施例，在本發(fā)明Linux系統中的用戶空間分配連續(xù)物理內存的初始化步驟如下：

步驟1、調用mmap從/dev/mem分配出一個4k的映射分配頁；對所述映射分配頁進行寫入操作，例如對該頁的第一個字節(jié)寫入1，從而確保該頁已經被分配；

步驟2、根據/proc/self/memmap映射分配得到所述映射分配頁的物理內存,并把所述物理內存加入到伙伴算法中；為了防止swapout，需要調用mlock(加密鎖)對該頁進行加鎖保護；

步驟3、判斷映射分配頁是否已滿足總物理內存的需求，如不滿足則重復步驟1-2，直到映射分配的總物理內存滿足需求；

步驟4、如映射分配的總物理內存已滿足需求，則從步驟3所述的伙伴算法 中找出物理內存連續(xù)的內存塊，進而對所述物理內存連續(xù)的內存塊通過mmap再次映射分配到新的虛擬地址，所述新的虛擬地址替換上述映射分配頁后再次傳遞給伙伴系統，然后計算出物理內存和新虛擬地址的偏移值保存在伙伴系統中。

需要說明的是，本發(fā)明各設備實施方式中提到的各單元都是邏輯單元，在物理上，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現，這些邏輯單元本身的物理實現方式并不是最重要的，這些邏輯單元所實現的功能的組合才是解決本發(fā)明所提出的技術問題的關鍵。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本發(fā)明沒有引入上述各設備實施方式以及與解決本發(fā)明所提出的技術問題關系不太密切的單元，但這并不表明不存在上述設備實施方式以及其它有關實施單元。

雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式，已經對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。