基于多核平臺(tái)的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲和并行處理研究與實(shí)現(xiàn)

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TP393.08學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：004.738密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文基于多核平臺(tái)的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲和并行處理研究與實(shí)現(xiàn)碩士研究生：高曉東導(dǎo)師：王軒教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)所在單位：深圳研究生院答辯日期：2010年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要IT業(yè)界的發(fā)展日新月異。在計(jì)算機(jī)軟硬件方面，CPU架構(gòu)多核化和編程模式并行化的趨勢(shì)越來(lái)

2、越明顯。隨著帶寬的日益增加，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量爆炸式增長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)熱的興起更是加劇了對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)快速處理的需求。多核已經(jīng)成為桌面處理器的主流，軟件系統(tǒng)如何有效利用其架構(gòu)優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)。本文緊跟發(fā)展潮流，提出了一種在多核多線程平臺(tái)下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)處理兩部分進(jìn)行并行化的方法。本課題可應(yīng)用于多核平臺(tái)下網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的相關(guān)系統(tǒng)。課題屬于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容安全領(lǐng)域。本文對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展前沿做簡(jiǎn)單介紹之后，針對(duì)數(shù)據(jù)捕獲和并行處理兩部分，簡(jiǎn)要分析了技術(shù)背景和現(xiàn)有解決方案的

3、優(yōu)缺點(diǎn)。接下來(lái)，文章詳細(xì)闡述了作者對(duì)這兩部分的改進(jìn)。首先分析了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文捕獲技術(shù)的特點(diǎn)和要求，以及現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)方式；通過(guò)對(duì)網(wǎng)卡硬件收發(fā)數(shù)據(jù)包過(guò)程的研究，得出影響接收數(shù)據(jù)包性能的主要因素之后，設(shè)計(jì)出了改進(jìn)型零拷貝網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)DMA方式，網(wǎng)卡接收到的數(shù)據(jù)包被直接發(fā)送到用戶空間的接收緩沖區(qū)中，有效地減少數(shù)據(jù)拷貝、系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)和CPU的處理時(shí)間，提高捕獲性能。接著，本文全新設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并行處理方式。該設(shè)計(jì)遵循并行開(kāi)發(fā)模式，

4、充分利用了多核多線程硬件架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。在分析了TCPIP協(xié)議棧的工作原理的基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了串行協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理方式的瓶頸；針對(duì)串行協(xié)議棧不能充分發(fā)揮逐漸普及的多核優(yōu)勢(shì)問(wèn)題，對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行并行處理，在新平臺(tái)上提高系統(tǒng)的硬件利用率和整體性能。最后，本文對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)器和上下層接口的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。在分析現(xiàn)有相似設(shè)計(jì)方案缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，全新設(shè)計(jì)了適用于并行協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理的分發(fā)器。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，改進(jìn)型零拷貝、數(shù)據(jù)分