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多隊列數據交換機制
標準Linux對網絡數據包的處理本質上是基于中斷驅動的,因而應用層的處理總是被位于內核空間、擁有更高優先級的數據包處理(即中斷處理)所搶斷。在高負荷網絡中,CPU的大部分資源會被頻繁到達的網卡中斷占用,而優先級較低的數據包應用進程任務無法得到執行。一段時間就會導致網絡子系統的上層緩沖區溢出,收到的數據包丟棄。長此以往,將出現所謂的“接收活鎖”。CPU花去所有的資源處理接收中斷,而數據包被接受后由于得不到進一步處理而堆積通信延時,當接收隊列溢出,數據包便白白被丟棄。另外,在標準的Linux系統中所有數據包共用一個backlog排隊而使得優先級高的數據得不到及時處理,所以優先級高的數據有時分發延遲會增大,網絡性能也會受到影響[4]。
為了解決“接收活鎖”和單一backlog隊列引起的問題,可以在RTLinux系統中實現一個網絡子系統,該子系統主要具有如下兩方面的功能:
1)網絡子系統啟動專門的內核線程對不同協議的數據包進行處理,然后應用進程任務在相應的隊列中取包進一步操作。由于線程的運行是參加調度的,它不像標準Linux的基于中斷驅動的協議處理方法那樣完全搶占CPU資源,自然也不會出現前面提到的“接收活鎖”現象,從而實現對網絡設備接收數據包的控制。
2)在網絡子系統中依據實時性要求程度的不同建立多條接收隊列backlog,每個隊列分配不同大小的緩沖區和優先級,實時性要求高的隊列具有較大的緩沖區和較高的調度優先級,而實時性要求低的隊列具有較小的緩沖區和較低的調度優先級。這樣就確保在高負荷網絡中,實時的網絡數據包也能及時的接受并得到處理。