專利名稱：一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法屬于計算機應(yīng)用領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具體涉及一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法。
背景技術(shù)：
隨著集群系統(tǒng)的出現(xiàn)，計算機系統(tǒng)能夠提供的處理能力大大加強，可以滿足許多新的應(yīng)用需求，但相對較高的通信延遲限制了集群環(huán)境下應(yīng)用的發(fā)展。在用于科學(xué)計算的集群系統(tǒng)中，節(jié)點之間的通信效率對并行計算的整體性能具有關(guān)鍵的影響。在不提高節(jié)點間通信性能的情況下，單處理器節(jié)點CPU的性能提高32倍，系統(tǒng)整體性能的提高不到10倍。特別是對于那些運算量不是很大的程序而言，網(wǎng)絡(luò)通信時間在程序運行的總時間中占了相當大的比例。因此，如何降低通信所消耗的時間是網(wǎng)格集群發(fā)展的重要組成部分。
網(wǎng)絡(luò)通信處理時間主要產(chǎn)生在系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口等各個層次的數(shù)據(jù)拷貝及數(shù)據(jù)傳輸上。減少數(shù)據(jù)拷貝和共享總線操作的次數(shù)，消除通信數(shù)據(jù)在存儲器之間不必要的中間拷貝過程，可以有效地提高通信效率，這就是所謂的零拷貝技術(shù)。零拷貝技術(shù)是減小通信延遲的重要技術(shù)之一。
現(xiàn)有的零拷貝實現(xiàn)方法主要有如下三種。
第一種方式在發(fā)送端拷貝一次，接收端也拷貝一次。這是零拷貝最初的幾種實現(xiàn)方式之一。不具有直接內(nèi)存存取(DMA)功能或其它直接控制內(nèi)存能力的網(wǎng)卡都是采用這種零拷貝方式。在發(fā)送端，將用戶即將發(fā)送的數(shù)據(jù)通過重映射方式映射到內(nèi)核的數(shù)據(jù)空間，網(wǎng)卡再將這些數(shù)據(jù)拷貝到網(wǎng)卡緩沖區(qū)，然后從緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收端先將數(shù)據(jù)接收到網(wǎng)卡緩沖區(qū)，然后直接對網(wǎng)卡緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行處理，找到其對應(yīng)的用戶程序，然后將數(shù)據(jù)拷貝過去。其優(yōu)點是對硬件設(shè)備要求很低，并行傳輸時可以進行流水線操作，實現(xiàn)簡單。其缺點是通信中時間延遲仍然較長，不能滿足實時通信系統(tǒng)的要求。
另一種比較簡單實用的零拷貝方式是發(fā)送端不拷貝，接收端拷貝一次。這種方案也被稱為單拷貝方案。本方案要求網(wǎng)卡具有DMA功能。發(fā)送過程基本類似上述方案，不過網(wǎng)卡直接將內(nèi)核區(qū)的數(shù)據(jù)空間作為發(fā)送緩沖。接收端則將數(shù)據(jù)接收到主存中的DMA緩沖后通過映射機制將數(shù)據(jù)交給用戶，用戶按照需要將數(shù)據(jù)拷貝到相應(yīng)位置。這種方案的優(yōu)點是并行傳輸時可以進行流水線操作，實現(xiàn)比較簡單，通信效率優(yōu)于上述的單拷貝方案。其缺點是還是在接收端進行了一次拷貝，在傳送大數(shù)據(jù)包的時候?qū)νㄐ叛舆t有著明顯的影響。
還有一種主要零拷貝通信方式是遠程存儲訪問(RMA)(RemoteMemory Access)方式。它適合于大數(shù)據(jù)包發(fā)送，其主要實現(xiàn)方式為遠端直接內(nèi)存存取(RDMA)(Remote Direct Memory Access)和直接數(shù)據(jù)放置DDP(Direct Data Placement)方式。這種方案減少了接收端的一次拷貝，而且對于數(shù)據(jù)包的大小沒有要求，但是由于每次數(shù)據(jù)傳送之前硬件都要進行一次信息交互，需要消耗一定的時間，增加了通信延遲，所以采用這種方案需要數(shù)據(jù)包拷貝所消耗的時間長于數(shù)據(jù)飛行的時間時才對系統(tǒng)效率有促進作用，不適合用于小數(shù)據(jù)包的發(fā)送。有些協(xié)議通過將小數(shù)據(jù)包拼接為大數(shù)據(jù)包再發(fā)送的方式來避免RMA方式的不利之處，發(fā)揮其長處，但是在實時通信中采用這種方案會延長通信響應(yīng)時間，違反實時性要求。

發(fā)明內(nèi)容
本方法的目的在于提供一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法，該方法在實時環(huán)境下具有相對較短的時間延遲。
本方法提供的一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法，其步驟為(1)發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行寫保護；(2)發(fā)送端將靜態(tài)系統(tǒng)緩沖作為用戶發(fā)送緩沖；(3)發(fā)送端判斷上述待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度Ldata是否大于k，其中k為單片包內(nèi)數(shù)據(jù)的最大長度，如果大于k，進入步驟(4)，否則進入步驟(5)；(4)發(fā)送端和接收端采用握手應(yīng)答方式發(fā)送和接收需要分片的待發(fā)送數(shù)據(jù)，處理完畢后通信結(jié)束；(5)發(fā)送端和接收端采用直接映射方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，處理完畢后通信結(jié)束。
本方法針對目前尚不存在實時環(huán)境下專用的零拷貝通信協(xié)議的情況，利用網(wǎng)卡的DMA功能實現(xiàn)通信時間性能優(yōu)秀的零拷貝通信方式。本方法的主要思想是在保證實時性的基礎(chǔ)上，對不同情況的數(shù)據(jù)包采用通信延遲最小的方案進行傳遞。與現(xiàn)有的零拷貝方案相比，本方法主要有如下特點(1)實時性。本方案能夠同時處理實時數(shù)據(jù)包和非實時數(shù)據(jù)包，在兩種數(shù)據(jù)包同時到達時可以保證實時數(shù)據(jù)包優(yōu)先完成，保證實時通信效率和只接收實時數(shù)據(jù)包時基本一致。
(2)較短的通信延遲?，F(xiàn)有的零拷貝方案主要有RMA方式和單拷貝方案。RMA方案在通信之間要進行一次消息交互，使收發(fā)雙方了解對方與通信有關(guān)的信息。單拷貝方案中發(fā)送端數(shù)據(jù)包都按照映射方式以零拷貝方式發(fā)送出去，在接收端則采用通用的數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)協(xié)議處理，還是進行了一次拷貝。綜合說來，本方法與這兩種方式相比在實時環(huán)境下具有更短的通信延遲。在處理不分片包的時候，本方法比起單拷貝方式節(jié)約了接收端的一次拷貝，比起RMA方式則少了消息的一次交互。在處理分片包的情況下，本方法效率基本與RMA方式一致，比起單拷貝方式節(jié)省了接收端的一次拷貝，但是多了一次信息的交互。測試表明，在一般實時通信系統(tǒng)中，分片包一次拷貝的時間大于一次信息交互的時間。所以在處理分片包的時候，本方法在處理分片包的時候在最佳情況下與RMA方式效率一致，好于單拷貝方案?？紤]到各種大小的數(shù)據(jù)包在通信中所占的比例，本方法的綜合時間延遲在一般情況下比其它協(xié)議要小。
(3)硬件要求較低比起其他的零拷貝通信協(xié)議，本方案對于硬件的基本要求較低——只對網(wǎng)卡的DMA功能有要求。如果硬件能夠達到RDMA方式的要求，則能夠進一步降低通信延遲，降低CPU占用率，但這不是硬性要求。


圖1為本方法流程示意圖；圖2為圖1中握手應(yīng)答方式的一種具體實施方式
的流程示意圖；圖3為圖1中直接映射方式的一種具體實施方式
的流程示意圖；圖4為本發(fā)明優(yōu)化方案的流程示意圖；圖5為圖4中0/1拷貝方式的流程示意圖。
具體實施例方式
本方法的硬件環(huán)境要求網(wǎng)卡具有DMA功能，軟件環(huán)境為Linux環(huán)境下的UDP/IP(數(shù)據(jù)報協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)方式通信。本方法的原理介紹如下設(shè)單片包內(nèi)數(shù)據(jù)的最大長度為k，則分片包的第一片中數(shù)據(jù)的最大長度為k，其它片中數(shù)據(jù)的最大長度為k+8；設(shè)總的待發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度為Ldata，尚未發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為Lleft，指針p指向通信套接口(socket接口)對應(yīng)的內(nèi)核緩沖開始地址。
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明方法的步驟如下(1)發(fā)送端對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行寫保護，使其它程序不能對這段數(shù)據(jù)進行讀以外的操作；(2)發(fā)送端通過系統(tǒng)調(diào)用申請一個socket接口，并從系統(tǒng)的全局緩沖池分配一個合適大小的內(nèi)核緩存塊給該接口，同時為該接口初始化一個具有一定數(shù)目網(wǎng)絡(luò)緩沖的實時網(wǎng)絡(luò)緩沖池，定義為rtskb_pool，網(wǎng)絡(luò)緩沖塊定義為rtskb。這樣，數(shù)據(jù)發(fā)送過程中需要的網(wǎng)絡(luò)緩沖資源就直接從rtskb_pool取用而不需要動態(tài)申請，同時該網(wǎng)絡(luò)緩沖相關(guān)的內(nèi)核緩沖空間也不需要動態(tài)申請，而是直接指向該實時socket接口的內(nèi)核緩存塊中合適的位置；(3)發(fā)送端判斷上述待發(fā)送數(shù)據(jù)Ldata是否大于k，如果大于k，則需要分片發(fā)送。如果需要分片，進入步驟(4)，否則進入步驟(5)；(4)發(fā)送端和接收端采用握手應(yīng)答方式對需要分片的待發(fā)送數(shù)據(jù)進行收發(fā)處理，圖2列舉了一種實現(xiàn)方式，其步驟具體如下(4.1)發(fā)送端從rtskb_pool中申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊rtskb，在發(fā)送過程中用來存放相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。將硬件頭部、IP頭部、UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)，形成待發(fā)送總數(shù)據(jù)包，令Lleft＝Ldata；(4.2)發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)對應(yīng)的用戶程序、每個分片包的大小和分片包個數(shù)這些信息放到一起，組成一個小數(shù)據(jù)包，將該數(shù)據(jù)包稱為“消息”，將消息發(fā)送給接收端；(4.3)接收端收到消息后，讀取其中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)得知發(fā)送端要發(fā)送數(shù)據(jù)的對應(yīng)用戶程序；(4.4)接收端找到對應(yīng)的用戶程序后，將要接收數(shù)據(jù)對應(yīng)的內(nèi)存空間作為網(wǎng)卡的DMA接收緩沖，然后向發(fā)送端發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，稱為“可以發(fā)送”的消息，在接收完這段數(shù)據(jù)前不向其它發(fā)送端發(fā)送“可以發(fā)送”消息；(4.5)發(fā)送端收到“可以發(fā)送”的消息后通過DMA方式將從p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k，同時p向后移動k個字節(jié)；(4.6)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)用DMA方式放到內(nèi)存中的DMA緩沖后，也就是放入對應(yīng)的用戶程序的內(nèi)存空間后，接收端的DMA緩沖向后移動k字節(jié)；(4.7)發(fā)送端再從rtskb_pool中申請一個空白rtskb塊，發(fā)送端分別將硬件頭部和IP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(4.8)發(fā)送端將從p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k-8，同時p向后移動k+8個字節(jié)。接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)，接收端的DMA緩沖向后移動k+8字節(jié)；(4.9)如果Lleft＞k+8，轉(zhuǎn)步驟(4.7)，否則進入步驟(4.10)；(4.10)發(fā)送端將從p開始的Lleft+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送完畢后，修改用戶發(fā)送緩沖標記，使待發(fā)送數(shù)據(jù)可以被改寫或刪除，使對應(yīng)的網(wǎng)卡緩沖可以被重新使用；
(4.11)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)包完畢，通過callback方式通知用戶數(shù)據(jù)可以使用，同時網(wǎng)卡可以向其它發(fā)送端發(fā)送“可以發(fā)送”的消息；其中如果網(wǎng)卡具有SCSI功能，能夠?qū)?shù)據(jù)進行一部分控制操作。若網(wǎng)卡同時具有編程功能，則步驟(4.2)-(4.5)由發(fā)送端和接收端的網(wǎng)卡通過交互完成，不需要收發(fā)兩端的CPU參與，整個分片包收發(fā)過程采用RDMA方式。若網(wǎng)卡不具備上述功能，則由收發(fā)兩端的CPU完成，CPU占用率較多，通信延遲較大。
(5)發(fā)送端和接收端采用直接映射方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，圖3列舉了一種實現(xiàn)方式，其具體步驟為(5.1)發(fā)送端從rtskb_pool中申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊rtskb，在發(fā)送過程中用來存放相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。將硬件頭部、IP頭部、UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(5.2)發(fā)送端將指針p開始的長度為Ldata+36字節(jié)的數(shù)據(jù)作為網(wǎng)卡的DMA發(fā)送緩沖，然后網(wǎng)卡用DMA方式將其發(fā)送出去；(5.3)接收端將收到的數(shù)據(jù)接收到網(wǎng)卡的DMA緩沖區(qū)中，對網(wǎng)卡接收端上鎖，使其暫時不能接收新的數(shù)據(jù)包；(5.4)接收端檢查新收到的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的用戶程序，如果發(fā)現(xiàn)接收到的單片包是放在正確的位置——即網(wǎng)卡接收緩沖中的空閑緩沖塊中，轉(zhuǎn)步驟(5.6)，否則進入步驟(5.5)；(5.5)從網(wǎng)卡接收緩沖中分配一個rtksb結(jié)構(gòu)的空閑數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)拷貝過去；(5.6)解除網(wǎng)卡接收端的鎖，通過callback方式通知用戶，同時斷開該數(shù)據(jù)包和網(wǎng)卡的聯(lián)系，分配一個新的rtskb包交由網(wǎng)卡管理。
本方法兼容Linux的一般通信方式。在采用本方法的時候，在接收端，如果收到非實時數(shù)據(jù)包，則用對待不分片包的方式進行接收，然后將數(shù)據(jù)包交由Linux進行處理。
在一般的實時網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，數(shù)據(jù)在收發(fā)兩端傳輸?shù)臅r間不長，所以在處理分片包的時候可以全部使用RMA方式。如果在特殊情況下，網(wǎng)絡(luò)延遲比較大，一次消息交互耗時比較長。則RMA方式中可能出現(xiàn)對于較小的分片數(shù)據(jù)包一次信息交互的時間大于一次數(shù)據(jù)拷貝的時間，這樣采用RMA方案反而會降低系統(tǒng)效率。系統(tǒng)在初始化時測試各種大小數(shù)據(jù)包的通信延遲，得到該系統(tǒng)的延遲范圍，在該范圍中存在一個分界點j，當數(shù)據(jù)包大小Ldata大于j時，握手應(yīng)答方案傳輸數(shù)據(jù)通信延遲小于接收端拷貝方案；當數(shù)據(jù)包大小Ldata小于j時接收端拷貝方案傳輸數(shù)據(jù)通信延遲小于握手應(yīng)答方案。當j＞k或j≥k時，本方法將0/1拷貝方式作為一種通信方案的補充，總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，其步驟如下在上述步驟(4)之前，先對待發(fā)送數(shù)據(jù)包的大小Ldata進行判斷，如果Ldata＞j或Ldata≥j時，發(fā)送端按步驟(4.1)-(4.12)對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行處理，否則發(fā)送端按步驟(A.1-A.9)對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行處理(A.1)發(fā)送端從rtskb_pool中申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊rtskb，在發(fā)送過程中用來存放相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。將硬件頭部、IP頭部、UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)，形成待發(fā)送總數(shù)據(jù)包，令Lleft＝Ldata；(A.2)發(fā)送端將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k，同時p向后移動k個字節(jié)。接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)后，用通用的UDP協(xié)議處理接收數(shù)據(jù)；(A.3)發(fā)送端再從rtskb_pool中申請一個空白rtskb數(shù)據(jù)塊，發(fā)送端分別將硬件頭部和IP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(A.4)發(fā)送端將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去。發(fā)送成功后令Lleft＝Lleft-k-8，同時p向后移動k+8個字節(jié)。
(A.5)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)后，用通用的UDP協(xié)議處理接收數(shù)據(jù)；(A.6)如果Lleft＞k+8，轉(zhuǎn)步驟(A.3)，否則進入步驟(A.7)；(A.7)發(fā)送端將p開始的Lleft+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去；(A.8)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包完畢，修改用戶發(fā)送緩沖標記，使待發(fā)送數(shù)據(jù)可以被改寫或刪除，使對應(yīng)的網(wǎng)卡緩沖可以被重新使用。
(A.9)接收端接收數(shù)據(jù)包完畢，通過callback方式通知用戶數(shù)據(jù)可以使用，同時網(wǎng)卡可以向其它發(fā)送端發(fā)送“可以發(fā)送”的消息。
實例設(shè)背景技術(shù)中三種通信方案分別為通信方案一，通信方案二和通信方案三。由于通信方案一是在realtek8139等比較簡單的百兆網(wǎng)卡上實現(xiàn)的，帶寬上不能突破100M/s，所以不予測試。
利用本方案在實時網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議上進行了實施，本發(fā)明使用前需要停止Linux的網(wǎng)卡驅(qū)動模塊，然后加載本發(fā)明修改后的Rtnet模塊和修改后的網(wǎng)卡驅(qū)動模塊及RTAI實時進程調(diào)度模塊。同時在Rtnet上實現(xiàn)背景技術(shù)中的后兩種零拷貝方式。測試硬件環(huán)境為CPU為Intel 2.0G，256M內(nèi)存，IntelPro1000網(wǎng)卡。軟件環(huán)境為Linux 9.0操作系統(tǒng)，RTAI3.0r4實時內(nèi)核模塊和RTNET-0.7.1實時網(wǎng)絡(luò)通信模塊。測試方案為從客戶端向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端接收到數(shù)據(jù)后向客戶端回發(fā)數(shù)據(jù)，即ping-pong測試，客戶端取兩次時間之差即一次循環(huán)往返之差(Round-Trip Time)作為測試時間數(shù)據(jù)。一般情況下可以認為Round-Trip Time為通信延遲的2倍。經(jīng)測試，k值為1472，j值為1024，所以不采用補充方案。測試結(jié)果如下

可見，通信延遲小于原來的Rtnet實時調(diào)度算法和背景技術(shù)中的第二種通信方式，在數(shù)據(jù)包大小小于4k時通信延遲比RMA通信方式小得多，在數(shù)據(jù)包大小大于4k時和RMA通信方式差不多，在數(shù)據(jù)包大于8k時通信延遲略大于RMA方式。考慮各種大小的數(shù)據(jù)包在實時通信中的比例，可以認為本方法在實時環(huán)境下具有較好的通信延遲。
權(quán)利要求
1.一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法，其步驟為(1)發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行寫保護；(2)發(fā)送端將靜態(tài)系統(tǒng)緩沖作為用戶發(fā)送緩沖；(3)發(fā)送端判斷上述待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度Ldata是否大于k，其中k為單片包內(nèi)數(shù)據(jù)的最大長度，如果大于k，進入步驟(4)，否則進入步驟(5)；(4)發(fā)送端和接收端采用握手應(yīng)答方式發(fā)送和接收需要分片的待發(fā)送數(shù)據(jù)，處理完畢后通信結(jié)束；(5)發(fā)送端和接收端采用直接映射方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，處理完畢后通信結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進入步驟(4)之前，發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度Ldata進行判斷，當Ldata＞j或Ldata≥j時，進入步驟(4)，其中j為系統(tǒng)通信延遲分界點，否則采用0/1拷貝方式對數(shù)據(jù)進行處理，處理完畢后通信結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于0/1拷貝方式的步驟為(A.1)發(fā)送端申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊，將硬件頭部、IP頭部、UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)，形成待發(fā)送總數(shù)據(jù)包，令尚未發(fā)送的數(shù)據(jù)長度Lleft＝Ldata；(A.2)發(fā)送端將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式發(fā)送該段數(shù)據(jù)，發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k，同時p向后移動k個字節(jié)，接收端采用DMA方式接收數(shù)據(jù)后，采用UDP協(xié)議處理接收數(shù)據(jù)；(A.3)發(fā)送端再申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊，發(fā)送端分別將硬件頭部和IP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(A.4)發(fā)送端將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式發(fā)送該段數(shù)據(jù)，發(fā)送成功后令Lleft＝Lleft-k-8，同時p向后移動k+8個字節(jié)；(A.5)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)后，采用UDP協(xié)議處理接收數(shù)據(jù)；(A.6)如果Lleft＞k+8，轉(zhuǎn)步驟(A.3)，否則進入步驟(A.7)；(A.7)發(fā)送端將p開始的Lleft+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去；(A.8)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包完畢，修改用戶發(fā)送緩沖標記；(A.9)接收端接收數(shù)據(jù)包完畢，接收完畢后通知用戶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于步驟(4)為(4.1)發(fā)送端申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊，將硬件頭部、IP頭部、UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)，形成待發(fā)送總數(shù)據(jù)包，令尚未發(fā)送的數(shù)據(jù)長度為Lleft＝Ldata；(4.2)發(fā)送端將有要發(fā)送的數(shù)據(jù)對應(yīng)的用戶程序、每個分片包的大小和分片包個數(shù)的“消息”發(fā)送給接收端；(4.3)接收端從接收到的“消息”中分析找到上述用戶程序；(4.4)接收端將要接收數(shù)據(jù)對應(yīng)的內(nèi)存空間作為網(wǎng)卡的DMA接收緩沖，向發(fā)送端發(fā)送“可以發(fā)送”的信息；(4.5)發(fā)送端收到“可以發(fā)送”的信息后通過DMA方式將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式發(fā)送該段數(shù)據(jù)，發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k，同時p向后移動k個字節(jié)；(4.6)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)，接收端的DMA緩沖向后移動k字節(jié)；(4.7)發(fā)送端再申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊，分別將硬件頭部和IP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(4.8)發(fā)送端將p開始的k+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式發(fā)送該段數(shù)據(jù)，發(fā)送成功后，令Lleft＝Lleft-k-8，同時p向后移動k+8個字節(jié)，接收端采用DMA方式接收數(shù)據(jù)，接收端的DMA緩沖向后移動k+8字節(jié)；(4.9)如果Lleft＞k+8，轉(zhuǎn)步驟(4.7)，否則進入步驟(4.10)；(4.10)發(fā)送端將p開始的Lleft+36個字節(jié)作為網(wǎng)卡的DMA緩沖，然后網(wǎng)卡通過DMA方式將這段數(shù)據(jù)發(fā)送出去；發(fā)送完畢后，修改用戶發(fā)送緩沖標記；(4.11)接收端用DMA方式接收數(shù)據(jù)包，接收完畢后通知用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于步驟(5)為(5.1)發(fā)送申請一個空白網(wǎng)絡(luò)緩沖塊，將硬件頭部、IP頭部和UDP頭部依次裝入指針p開始的內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)；(5.2)發(fā)送端將指針p開始的長度為Ldata+36字節(jié)的數(shù)據(jù)作為網(wǎng)卡的DMA發(fā)送緩沖，然后網(wǎng)卡用DMA方式發(fā)送；(5.3)接收端將收到的數(shù)據(jù)接收到網(wǎng)卡的DMA緩沖區(qū)中，對網(wǎng)卡接收端上鎖；(5.4)接收端檢查新收到的數(shù)據(jù)對應(yīng)的用戶程序是否存放在網(wǎng)卡接收緩沖中的空閑緩沖塊中，如果是，轉(zhuǎn)步驟(5.6)，否則進入步驟(5.5)；(5.5)從網(wǎng)卡接收緩沖中分配一個空閑數(shù)據(jù)包，拷貝數(shù)據(jù)；(5.6)解除網(wǎng)卡接收端的鎖，通知用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實時環(huán)境下的零拷貝通信方法，步驟為①發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行寫保護；②發(fā)送端將靜態(tài)系統(tǒng)緩沖作為用戶發(fā)送緩沖；③發(fā)送端判斷上述待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度L
文檔編號H04L12/56GK1801806SQ20051001978
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者金海 , 李勝利, 袁平鵬, 張明虎, 徐力 申請人:華中科技大學(xué)