基于零拷贝的Web服务器技术研究

【摘要】：随着现代通信技术的发展,Web系统应用领域越来越广泛,其在传播信息的范围和数量上都呈现出指数级增长。Web服务器作为Web系统信息发布、处理的关键性节点,比以往要承载更多的流量负载,然而传统的Web服务器在数据传输、吞吐量、响应速度等方面存在着性能瓶颈。解决这些瓶颈问题,提高Web服务器性能,是Web系统的重中之重。 随着高速网络链路技术和软硬件技术的发展,带宽、内存、硬盘性能、CPU性能等已不再是影响Web服务器性能的主要问题,信息传输更加关注数据从主机或其他设备到网络接口的有效移动。因此,本文从加快数据包收发速率、减少通信数据的中间拷贝过程方面解决Web服务器瓶颈问题,其主要工作如下: 1.研究了改进Web服务器性能的关键技术。采用类似零拷贝的PF_RING技术并结合网卡NAPI工作机制,可以有效提高数据包收发速率;DMA模式的数据拷贝可以减少CPU参与;MMAP机制可以减少内存拷贝,节省系统时间和空间资源;从链路层到应用层跨层、串行分析数据包,各层协议之间直接传递数据指针,不进行出入队列的操作和数据拷贝,可以加速数据包处理速度。 2.将调研的关键技术进行实践,实现了轻量级的高性能Web服务器原型系统-FastMattows。FastMattows运行在加载PF_RING模块的Linux内核上,结合网卡NAPI机制,加快了数据包捕捉速度;通过修改的PF_RING Socket接口,采用DMA方式将整个数据包存储在PF_RING环状缓存中,采用MMAP方式访问缓存数据,减少了CPU参与和内存拷贝;数据包拆分和封装过程,改进了传统的协议栈,减少了各层协议之间数据拷贝和出入队列操作,加快了数据包处理速度。论文的后半部分,对FastMattows进行了性能分析和模拟实验,并对本文的研究进行了总结,指出了下一步的工作计划。 综上所述,本文研究了改进Web服务器性能瓶颈的几种方法,并实现了高性能Web服务器原型系统FastMattows,为进一步研究实用性强、功能丰富的Web服务器性能打下了基础。