專利名稱：一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)的可靠性保護(hù)方法，尤其涉及一種提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)包
收發(fā)方法。
背景技術(shù)：
隨著信息化過程時代的加速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已逐步滲透進(jìn)人們的生活中。為了滿足 人們對服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來越豐富的要求，運(yùn)營商不斷地發(fā)展著新的業(yè)務(wù)，而新業(yè)務(wù)的發(fā) 展必須考慮網(wǎng)絡(luò)的性能。眾所周知，系統(tǒng)性能的好壞最關(guān)鍵的影響因素是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù) 包的收發(fā)。 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法包括以下步驟
步驟SlOl，網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收數(shù)據(jù)包；
步驟S102，產(chǎn)生硬件中斷； 步驟S103，通知操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間接收所述數(shù)據(jù)包； 步驟S104，調(diào)用所述操作系統(tǒng)的軟件中斷服務(wù)程序并通過IP協(xié)議棧對所述數(shù)據(jù)
包執(zhí)行一次內(nèi)存拷貝一從操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間拷貝到用戶空間； 步驟S105，所述用戶空間的上層應(yīng)用程序?qū)λ鰯?shù)據(jù)包進(jìn)行處理； 步驟S106，調(diào)用所述操作系統(tǒng)的軟件中斷服務(wù)程序，通過IP協(xié)議棧對處理后的數(shù)
據(jù)包進(jìn)行另一次內(nèi)存拷貝-從用戶空間拷貝到操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間； 步驟S107，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束。 由上可以看出，在上述數(shù)據(jù)包的收發(fā)方法中，由于所述用戶空間的上層應(yīng)用程序 無法直接對操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)包進(jìn)行讀寫操作，因此需要通過IP協(xié)議棧對數(shù)據(jù) 包進(jìn)行兩次拷貝并且頻繁地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，以故CPU的利用率和總線帶寬的利用低、軟件 中斷響應(yīng)時間長、系統(tǒng)整體效率低、網(wǎng)絡(luò)吞吐量小。因此系統(tǒng)性能差。
因此，有必要提供一種改進(jìn)的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，能提高CPU的利用率和總線 帶寬的利用率，縮短軟件中斷響應(yīng)時間，提升系統(tǒng)整體效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量，進(jìn)而改善系統(tǒng)性 能。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，包括如下步驟在網(wǎng)卡的 物理內(nèi)存中設(shè)置一段作為緩存的空間并建立用戶空間的上層應(yīng)用程序與所述緩存的映射 關(guān)系；網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包；將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存；產(chǎn)生硬件中斷；調(diào)用網(wǎng)卡軟件中 斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而通知所 述用戶空間的上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包；所述上層應(yīng)用程序接收所述緩存中 的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；調(diào)用所述網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動 程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包；所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包的步驟之前還包括建立工 作集。 較佳地，所述將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存的步驟具體為通過直接存儲器存取數(shù) 據(jù)傳輸方式將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存。 同樣較佳地，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而通知所述用戶空間的上層應(yīng)用程序接收所述 緩存中的數(shù)據(jù)包的步驟具體為所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而采取異步通信方式通知所述用戶空 間的上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包；所述通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包 的步驟具體為采取異步通信方式通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，所述上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包的步驟 之前還包括檢測所述上層應(yīng)用程序收包是否正常；當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用程序正常收包 時，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式狀態(tài)。 較佳地，所述方法還包括步驟當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用程序不正常收包時，所述網(wǎng)
卡驅(qū)動程序自動轉(zhuǎn)入保護(hù)模式狀態(tài)并按照預(yù)配置的規(guī)則發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。 在本發(fā)明的再一實(shí)施例在中，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序檢測所述上層應(yīng)用程序收包是否
正常的步驟之前還包括建立包緩沖區(qū)；將所述緩存區(qū)數(shù)據(jù)包傳送至所述緩沖區(qū)，則所述
上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理的步驟具體為所述上層
應(yīng)用程序接收經(jīng)由所述緩存?zhèn)魉椭了鼍彌_區(qū)的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明數(shù)據(jù)包收發(fā)方法在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包時能通過用戶空間
的上層應(yīng)用程序與網(wǎng)卡緩存的映射關(guān)系直接與用戶空間的上層應(yīng)用程序進(jìn)行交互，不需要
利用操作系統(tǒng)的IP棧對數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間與用戶空間之間的兩次拷貝，不
會出現(xiàn)大量不必要的軟件中斷，因而本方法提高了 CPU和總線帶寬的利用率，縮短了軟件
中斷響應(yīng)時間，極大地提升了系統(tǒng)整體效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。因此系統(tǒng)性能好。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)包收發(fā)方法的流程圖。
圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)包收發(fā)方法的第一個實(shí)施例的流程圖。 圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)包收發(fā)方法的第二個實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。如 上所述，本發(fā)明提供了一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，無需利用操作系統(tǒng)的IP棧對數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作 系統(tǒng)的內(nèi)核空間與用戶空間之間的兩次拷貝，能通過用戶空間的上層應(yīng)用程序與網(wǎng)卡緩存 的映射關(guān)系直接與用戶空間的上層應(yīng)用程序進(jìn)行交互，不會出現(xiàn)大量的不必要的軟件中 斷，CPU的利用率和總線帶寬的利用率大、軟件中斷響應(yīng)時間短、系統(tǒng)整體效率高和網(wǎng)絡(luò)吞 吐量大、系統(tǒng)性能好。下面將詳細(xì)闡述。 參考圖2，本實(shí)施例一數(shù)據(jù)包收發(fā)方法包括如下步驟 步驟S201，在網(wǎng)卡的物理內(nèi)存中設(shè)置一段作為緩存的空間并建立用戶空間的上層 應(yīng)用程序與所述緩存的映射關(guān)系；
步驟S202 ，建立工作集；
步驟S203，網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包； 步驟S204，通過直接存儲器存取(DMA, Direct Memory Access)數(shù)據(jù)傳輸方式將
所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存； 步驟S205，產(chǎn)生硬件中斷； 步驟S206，調(diào)用網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收所述緩存中的數(shù) 據(jù)包； 步驟S207，判斷所述用戶空間的上層應(yīng)用程序是否需要進(jìn)行收包，如果是，轉(zhuǎn)步驟 S209，如果不是，繼續(xù)步驟S208 ; 步驟S208，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序按照預(yù)配置的規(guī)則發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束； 步驟S209，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序采取異步通信方式通知所述用戶空間的上層應(yīng)用程
序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包； 步驟S210，所述上層應(yīng)用程序訪問所述緩存的地址，接收所述緩存地址中對應(yīng)的 數(shù)據(jù)包，并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析、修改等處理； 步驟S211，調(diào)用所述網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序，所述上層應(yīng)用程序采取異步通信方
式通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包； 步驟S212，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束。 由上可以看出，本實(shí)施例數(shù)據(jù)包收發(fā)方法在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)包時能通過用戶空間 的上層應(yīng)用程序與網(wǎng)卡緩存的映射關(guān)系直接與用戶空間的上層應(yīng)用程序進(jìn)行交互，不需要 利用操作系統(tǒng)的IP棧對數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間與用戶空間之間的兩次拷貝，不 會出現(xiàn)大量的不必要的軟件中斷，因而本方法提高了 CPU的利用率、總線帶寬的利用率，縮 短了軟件中斷響應(yīng)時間，極大地提升了系統(tǒng)整體效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。因此系統(tǒng)性能好。
另外，所述直接存儲器存取數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸速度非?？?，減少了 CPU的干預(yù)，能 大幅提高系統(tǒng)效率。所述工作集的建立可以確定多個網(wǎng)卡協(xié)同工作的關(guān)系。
參考圖3，本實(shí)施例二數(shù)據(jù)包收發(fā)方法包括如下步驟 步驟S301，在網(wǎng)卡的物理內(nèi)存中設(shè)置一段作為緩存的空間并建立用戶空間的上層 應(yīng)用程序與所述緩存的映射關(guān)系；
步驟S302 ，建立工作集；
步驟S303 ，建立包緩沖區(qū)；
步驟S304，網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包； 步驟S305，通過直接存儲器存取數(shù)據(jù)傳輸方式將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存；
步驟S306 ，產(chǎn)生硬件中斷； 步驟S307，調(diào)用網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收所述緩存中的數(shù) 據(jù)包； 步驟S308，判斷所述用戶空間的上層應(yīng)用程序是否需要進(jìn)行收包，如果是，轉(zhuǎn)步驟 S310，如果不是，繼續(xù)步驟S309 ; 步驟S309，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序按照預(yù)配置的規(guī)則發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束； 步驟S310，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序采取異步通信方式通知所述用戶空間的上層應(yīng)用程
序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包； 步驟S311，將所述緩存地址中對應(yīng)的數(shù)據(jù)包傳送至所述緩沖區(qū)；
步驟S312，周期性檢測所述上層應(yīng)用程序收包是否正常，當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用 程序不正常收包時，繼續(xù)步驟S313，當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用程序正常收包時，轉(zhuǎn)步驟S314 ;
步驟S313，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序自動轉(zhuǎn)入保護(hù)模式(PASSBY)狀態(tài)，轉(zhuǎn)步驟S309 ;
步驟S314，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式(DELIVER)狀態(tài)；
步驟S315，所述上層應(yīng)用程序接收經(jīng)由所述緩存?zhèn)魉椭了鼍彌_區(qū)的數(shù)據(jù)包并對 所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析、修改等處理； 步驟S316，調(diào)用所述網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序，所述上層應(yīng)用程序采取異步通信方
式通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包； 步驟S317，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包，結(jié)束； 由上可以看出，本實(shí)施例數(shù)據(jù)包收發(fā)方法不僅能實(shí)現(xiàn)用戶空間的上層應(yīng)用程序與 網(wǎng)卡驅(qū)動的交互，系統(tǒng)整體效率高、網(wǎng)絡(luò)吞吐量大、系統(tǒng)性能好，此外引入的對上層應(yīng)用程 序的周期性檢測機(jī)制能保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的暢通，在軟件升級甚至軟件故障的情況下，網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)都能夠快速反應(yīng)，因而成功實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的保護(hù)，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性高。經(jīng)測 試，本實(shí)施例的方法最長故障響應(yīng)時間已經(jīng)達(dá)到了電信級可靠性要求。 另外，本實(shí)施例通過建立緩沖區(qū)來存儲一段時間的數(shù)據(jù)包，避免數(shù)據(jù)包在處理過 程中丟失，進(jìn)而增加了系統(tǒng)的可靠性。此外，所述上層應(yīng)用程序可以直接訪問所述包緩沖 區(qū)，減少內(nèi)存的拷貝。 以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，包括如下步驟在網(wǎng)卡的物理內(nèi)存中設(shè)置一段作為緩存的空間并建立用戶空間的上層應(yīng)用程序與所述緩存的映射關(guān)系；網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包；將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存；產(chǎn)生硬件中斷；調(diào)用網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而通知所述用戶空間的上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包；所述上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；調(diào)用所述網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包；以及所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，所述網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包的步 驟之前還包括建立工作集。
3. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，所述將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩 存的步驟具體為通過直接存儲器存取數(shù)據(jù)傳輸方式將所述數(shù)據(jù)包寫入所述緩存。
4. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而通知所 述用戶空間的上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包的步驟具體為所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)而采取異步通信方式通知所述用戶空間的上層應(yīng)用程序接收所 述緩存中的數(shù)據(jù)包，所述通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的步驟具體為 采取異步通信方式通知所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
5. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，所述上層應(yīng)用程序接收所述緩 存中的數(shù)據(jù)包的步驟之前還包括檢測所述上層應(yīng)用程序收包是否正常；當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用程序正常收包時，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序轉(zhuǎn)入運(yùn)行模式狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，還包括步驟當(dāng)檢測到所述上層應(yīng)用程序不正常收包時，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序自動轉(zhuǎn)入保護(hù)模式狀態(tài) 并按照預(yù)配置的規(guī)則發(fā)送所述數(shù)據(jù)包。
7. 如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，其特征在于，所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序檢測所述上 層應(yīng)用程序收包是否正常的步驟之前還包括建立包緩沖區(qū)；將所述緩存區(qū)數(shù)據(jù)包傳送至所述緩沖區(qū)，貝U，所述上層應(yīng)用程序接收所述緩存中的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理的步驟具體為所述上層應(yīng)用程序接收經(jīng)由所述緩存?zhèn)魉椭了鼍彌_區(qū)的數(shù)據(jù)包并對所述數(shù)據(jù)包進(jìn) 行處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)包收發(fā)方法，包括如下步驟在網(wǎng)卡的物理內(nèi)存中設(shè)置緩存并建立用戶空間的上層應(yīng)用程序與緩存的映射關(guān)系；網(wǎng)卡硬件接收數(shù)據(jù)包；將數(shù)據(jù)包寫入緩存；產(chǎn)生硬件中斷；調(diào)用網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序接收緩存中的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)卡驅(qū)動程序通知上層應(yīng)用程序接收緩存中的數(shù)據(jù)包；上層應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)包并對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；調(diào)用網(wǎng)卡軟件中斷服務(wù)程序并通知網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送數(shù)據(jù)包；所述網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)送數(shù)據(jù)包。本方法收發(fā)數(shù)據(jù)包時無需利用IP棧對數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作系統(tǒng)的內(nèi)核空間與用戶空間之間的兩次拷貝，不會出現(xiàn)大量的不必要的軟件中斷，CPU和總線帶寬的利用率大、軟件中斷響應(yīng)時間短、網(wǎng)絡(luò)吞吐量大、系統(tǒng)性能好。
文檔編號H04L29/08GK101702688SQ20091027284
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者劉鋒 申請人:武漢綠色網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)有限責(zé)任公司