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嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的并发性能优化

作　者: 鲍建行
导　师: 冀振燕
学　校: 北京交通大学
专　业: 软件工程
关键词: LWIP 并发协议栈优化
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 212次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

嵌入式TCP/IP协议栈 LWIP主要应用于资源有限的嵌入式设备,它在数据结构和算法的设计上旨在减少内存的使用和代码的大小,在此基础之上能够满足通信的功能而不是传输大规模的网络数据。但是LWIP在一个安全网关当中作为用户态的协议栈满足不了安全网关设备对实时性和高并发性的要求。因此需要对LWIP的数据结构和算法在并发性上进行优化。本人独立完成了LWIP的性能瓶颈分析、LWIP的优化方案制定和实施以及LWIP优化以后的性能对比分析。首先使用gprof性能剖析工具分析了LWIP的性能瓶颈。LWIP的性能瓶颈主要在TCP的会话表链表结构和SELECT接口,对于TCP会话表的链表结构,优化方法是采用查询效率最高的哈希结构；对于SELECT接口,改成高效的EPOLL接口;此外还优化了主动建立连接时选择本地端口的选择算法;为了提高并发性能还尝试了使用多线程优化技术。然后分别使用软件和硬件设备对优化前后的性能进行了对比分析,最后得出了优化的结论。经过优化以后LWIP的整体性能提升了30%以上,实时性和并发性也大幅提升,满足了安全网关产品的性能需求,达到了预期的优化目标。目前该模块已经集成到绿盟科技5.6.5版本的引擎代码当中,能够稳定运行并且具有良好的并发性能。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
1 引言  10-14
  1.1 项目背景  10
  1.2 开源网络协议概述  10-12
  1.3 项目的目的和意义  12
  1.4 本文主要工作  12
  1.5 论文组织结构  12-14
2 LWIP总体概述  14-30
  2.1 HTTPS代理概述  14-16
    2.1.1 HTTPS代理原理  14-15
    2.1.2 HTTPS代理层次结构  15-16
  2.2 LWIP模块架构和数据处理  16-26
    2.2.1 LWIP模块架构  16-19
    2.2.2 LWPI数据处理  19-26
  2.3 LWIP模块性能瓶颈分析  26-30
    2.3.1 性能分析工具简介  27
    2.3.2 LWIP性能分析  27-30
3 LWIP模块性能优化  30-38
  3.1 tcp会话表结构优化  30-34
    3.1.1 hash模块的设计和实现  30-33
    3.1.2 hash模块的应用  33-34
  3.2 select接口优化  34
    3.2.1 epoll接口的设计和实现  34
  3.3 本地端口选择算法优化  34-35
  3.4 多线程优化  35-38
    3.4.1 线程池介绍  35
    3.4.2 线程池的设计和实现  35-38
4 LWIP模块优化测试  38-54
  4.1 gprof测试  38-41
    4.1.1 优化前后函数运行的时间  38-40
    4.1.2 优化的总时间对比  40-41
  4.2 Sprient TestCenter测试  41-54
    4.2.1 Spirent TestCenter介绍  41-43
    4.2.2 Spirent TestCenter测试结果  43-54
5 总结和展望  54-55
参考文献  55-56
附录A  56-67
学位论文数据集  67

嵌入式TCP/IP协议栈LWIP的并发性能优化

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