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多队列数据交换机制
标准Linux对网络数据包的处理本质上是基于中断驱动的,因而应用层的处理总是被位于内核空间、拥有更高优先级的数据包处理(即中断处理)所抢断。在高负荷网络中,CPU的大部分资源会被频繁到达的网卡中断占用,而优先级较低的数据包应用进程任务无法得到执行。一段时间就会导致网络子系统的上层缓冲区溢出,收到的数据包丢弃。长此以往,将出现所谓的“接收活锁”。CPU花去所有的资源处理接收中断,而数据包被接受后由于得不到进一步处理而堆积通信延时,当接收队列溢出,数据包便白白被丢弃。另外,在标准的Linux系统中所有数据包共用一个backlog排队而使得优先级高的数据得不到及时处理,所以优先级高的数据有时分发延迟会增大,网络性能也会受到影响[4]。
为了解决“接收活锁”和单一backlog队列引起的问题,可以在RTLinux系统中实现一个网络子系统,该子系统主要具有如下两方面的功能:
1)网络子系统启动专门的内核线程对不同协议的数据包进行处理,然后应用进程任务在相应的队列中取包进一步操作。由于线程的运行是参加调度的,它不像标准Linux的基于中断驱动的协议处理方法那样完全抢占CPU资源,自然也不会出现前面提到的“接收活锁”现象,从而实现对网络设备接收数据包的控制。
2)在网络子系统中依据实时性要求程度的不同建立多条接收队列backlog,每个队列分配不同大小的缓冲区和优先级,实时性要求高的队列具有较大的缓冲区和较高的调度优先级,而实时性要求低的队列具有较小的缓冲区和较低的调度优先级。这样就确保在高负荷网络中,实时的网络数据包也能及时的接受并得到处理。