面向数据中心网络的跨协议用户态代理技术研究

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随着互联网技术和新型硬件技术的发展,云计算、大数据等新型技术发展迅猛,导致互联网上的数据呈爆炸式增长,现有的各种应用对数据中心的支撑能力要求越来越高,对代理系统的并发量、时延、吞吐率提出了新的要求,也成为了数据中心业务处理能力提升的关键。然而因为内核对系统资源的消耗,数据中心却难以同时满足高并发和低时延、高吞吐的需求。为了解决上述问题,本文提出了一种面向跨协议数据中心网络的用户态代理技术。首先,因为代理服务器需要处理大量的用户请求,但是基于内核协议栈的TCP/IP协议在维护流状态以及协议栈的功能方面花销巨大,内核无法专注于系统的控制调度,且对每个数据包的处理,都需要多次中断、内存拷贝、上下文切换等操作,对系统性能影响较高,无法有效的提升系统的并发性能。针对该问题,本文采用高并发的用户态协议栈对数据包进行处理,利用用户态协议栈零拷贝、内核旁路等优点,提升数据包的处理速度,优化协议栈的并发处理能力。实验结果证明,在同样的环境下,使用用户态协议栈可以提升并发处理性能。其次,代理服务器通过TCP/IP向应用服务器请求数据,需要经过多次拷贝和内核协议栈的处理,导致数据传输的吞吐率和时延等无法大幅度提升,为此,本文采用高吞吐、低时延的直接远程内存读取协议RDMA,绕过内核直接将数据写入远端内存,提高代理系统在数据传输方面的吞吐和时延性能,再通过环形队列,对高并发的用户数据以微批处理的方式组织起来,并通过RDMA传输,从而结合了用户态协议栈的并发和RDMA时延、吞吐方面的优点,解决了TCP/IP和RDMA的兼容问题。且本文代理系统采用了控制平面和数据平面分离的操作,将数据操作和控制操作隔离,避免了系统的调度混乱,提升系统的性能和可靠性。实验证明,本文实现的系统与其他方法对比,效果有着明显的提升,综合来说本文系统比nginx性能高了2-4倍。
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