嵌入式OS内核态TCP套接字优化与应用研究

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随着嵌入式操作系统的发展,越来越多的航空电子等关键领域所需要实现的功能都被应用于分区环境中。因为分区系统内部十分复杂,分区中的多个应用进程可能需要同时进行数据通信或者信息传输,而传统的进程间通信方式存在很多问题,进程间通信的效率不高,需要对数据进行多次访问且数据传输时不能超过最大传输量。使用套接字提供的函数接口进行网络数据通信已经被广泛地应用于网络协议栈的研发,因此通过某国产化操作系统的研发过程,重点对其网络协议栈中应用层与传输层之间的socket层进行了研究,进而实现内核态TCP套接字在某国产化OS中的优化设计与应用,保证了操作系统的国产化,提升了数据通信的安全防护能力。主要研究工作如下:(1)提出了一种优化函数接口和虚拟化SOCKET技术的方法。通过对国产操作系统整体框架的分析,提出了一种优化设计国产操作系统的socket函数接口的方法,为实现分区间通信奠定了良好的基础,而在多分区的通信设备中,由于socket并发而引起的网卡不足以及资源访问冲突等问题,虚拟化socket技术则很好地解决了他们,使其网络资源得到了共享,所以本文将上述两种思路综合起来对socket进行优化设计。(2)提出了一种对内核态TCP套接字进行优化设计的方法。首先对传统操作系统中的socket结构体进行了分析,结合其优缺点,优化设计了用于某国产操作系统中的socket结构体,同时通过端口可以完成分区间的通信,而通信端口间的互联互通规则是由通道提供,因此在socket结构中增加了分区号和通道编号等属性,从而对分区间的socket数据接收和发送过程进行了设计,而对于socket层内核态函数的优化是通过去除掉一些冗余的函数功能实现的,例如在内核态listen函数中,去除掉了将IP地址的调试值进行打印等功能,很大程度上减少了内核的代码量。(3)TCP套接字的实现与测试。首先在Linux环境下对优化设计的内核态TCP套接字的数据传输功能进行了简单的通信功能测试,测试成功后再移植到国产某嵌入式OS中进行测试,测试结果表明,TCP套接字不仅能够实现正常的数据通信功能,与传统的操作系统相比,国产某操作系统中的socket通信在低CPU利用率和高吞吐量方面具有更好的表现;然后在TCP套接字通信过程中,为了进行实时、单独的数据传递并获得及时响应,提出了禁用Nagle算法的方法,同时为了能够使网络数据传输过程中尽可能的利用可用带宽,提出了调节TCP通告窗口机制的方法;最后将TCP套接字与应用层FTP协议相结合,实现了上传文件和下载文件的功能。
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