一种面向云架构的高性能网络接口实现技术

3对比实验及结果分析

3. 1实验一

实验环境描述如下：一台数据包发生器，最大可产生流量为80Mpps的64字节的数据包。一台服务器配置Intel的Sandy Bridge 8核处理器，每个核心2.0GHZ.操作系统采用RedHat Enterprise Linux 6.2.网卡采用Intel 82599 10G以太网控制器。运行的软件包含三个线程，一个收包线程，一个转发线程，一个发送线程。传统网络实现方式下采用了RAWSocket方式直接收发处理层二数据包，如图4所示。

图4 单线程模式下性能比较图

实验结果如图5所示，可以得出传统网络接口实现模式下性能的峰值在180Kpps左右，而且随着网络数据流量的增大，性能呈现下降趋势，主要因为随着网络流量的增加，额外的系统开销也在不断增加。HPNI模式下性能峰值在1.8Mpps左右，而且随着网络流量的增加，性能比较稳定，抗冲击力比较强。

图5 单线程模式下性能测试结果

3.2实验二

采用与实验一相同的硬件环境，同时开启多个相同的任务线程，每个线程在一个任务循环内完成收包、改包、发包的工作，比较两种接口模式在多核多任务配置下的性能。另外，在HPNI模式下同时使能网卡的RSS功能，生成多个队列分别对应每个任务线程，每个任务线程静态绑定一个CPU核心，如图6所示。

图6 多核多线程模式下网络接口性能分析

实验结果如图7所示，在传统网络接口实现模式下，因为受限于Linux内核处理的瓶颈，即使采用了多线程并发，其性能峰值仍然处于180Kpps左右。HPNI却能很好地利用多线程的并发，在网卡RSS功能的配合之下性能得到成倍的提高。也可以看到多核下面HPNI的性能并不是一直随着核数的增加而线性增加的，主要因为CPU内的核心之间并不是完全独立的，它们之间也存在一些共享资源的竞争，比如总线的访问，从而对性能产生一些负面的影响。

图7 多核多线程模式下网络接口性能测试结果

4结语

本文分析了传统Linux下网络接口实现的性能瓶颈，针对其不足提出了一种新型的网络接口实现模式。实验结果表明，HPNI可以达到12Mpps的包转发速率，完全可以胜任核心路由网络以外网络聚合点的工作，比如小型企业网关等。另外，因为HPNI的容量可以动态调整，因此可以以较高的性价比实现各种性能要求的网络转发节点。基于通用处理器和标准操作系统的特性，也使得HPNI能够快速地部署到SDN中。HPNI既可以直接部署在IT server上，也可以部署在虚拟机当中，从而实现高速NFV的功能。当然，HPNI也存在一点不足，因为采用了轮询模式，虽然保证了数据处理的实时性，但也导致了较大的CPU负载，当网络流量很低的时候，系统资源利用率不是很高。后续可以针对此点做一些优化，比如结合机器学习算法对输入数据流量进行预测，当输入流量降低时通过CPU提供的pause指令降低CPU负载，从而降低系统资源的使用。