[发明专利]用户态的文件发送方法、文件接收方法和文件收发装置

说明书

本发明公开了一种用户态的文件发送方法、文件接收方法和文件收发装置，文件发送方法包括：在用户态区域中分配数据读取与发送区、数据接收与写入区、数据缓存区三个区域；创建数据发送进程；从所述数据缓存区中获取与所述数据发送进程对应的待发送的文件；构建所述数据发送进程的元数据，并记录到所述数据读取与发送区；顺序处理所述读取与发送区的一个或多个元数据，其中对所述元数据的处理包括：通过用户态网络设备驱动将所述文件发送给网卡，由所述网卡将所述文件发出。根据本发明的技术方案，利用数据收发进程的用户态空间完成了数据的接收和发送，而不需要使用进程的内核态空间完全屏蔽了内核，即可以显著地减少了拷贝、上下文切换、中断，提升了数据收发的性能。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用户态的文件发送方法、文件接收方法和文件收发装置。

背景技术

近年来，以NPU(嵌入式神经网络处理器)、GPU(图形处理器)、SSD(固态硬盘)、NVM(非易失存储器)、Infiniband(一种支持多并发链接的“转换线缆”技术)、400GbE(400G以太网)为代表的计算、存储、网络等新型高性能硬件设备迎来了飞速发展，但是，软件系统却停滞不前。在远程数据传输时，软件系统的延迟所占的比例愈加庞大。

一般的，软件系统的性能损耗主要来源于三个方面：

(1)拷贝(Copy)。也称为复制，拷贝操作会导致数据冗余，并导致延迟和中央处理器(CPU)开销。拷贝也分为两种，一种是拷贝元数据，另一种是拷贝数据，前者的代价较小，后者的代价较大。造成不必要拷贝的原因通常是：不同的操作对应的内存区域不同。

(2)上下文切换(Switch Context)。指进程在用户态和内核态之间的转换，会导致延迟。系统调用(System Call)是指运行在用户空间的进程向操作系统内核请求需要更高权限运行的服务，它是一种典型的引起上下文切换的操作。在系统调用的起始阶段，将导致从用户空间向内核空间的上下文切换。在系统调用的结束阶段，将导致从内核空间向用户空间的上下文切换。

(3)中断(Interrupt)。当CPU在执行一个程序时，若系统发生某个事件，CPU将暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去处理相应的事件，处理完该事件后返回断点，继续完成被打断的程序。典型地，直接内存存取(DMA)外存读取操作结束的时候会产生中断。典型地，在多客户端高并发向同一接收端发送文件的场景中，接收端CPU不停地忙于中断，反复保留现场，真正用于处理数据的机会相对较少，导致严重的延迟，这无疑是一场灾难。

现有技术的文件发送和接收过程中，产生了大量的拷贝、上下文切换、中断。

因此本发明提出一种用户态的文件发送以及接收方法，使得用户进程在用户态完成全部的读取、发送工作，以及使得用户进程在用户态完成全部的接收、写入工作。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提出一种用户态的文件发送方法、文件接收方法和文件收发装置，旨在减少数据发送和接收过程中的开销。

为实现上述目的，本发明提供了一种用户态的文件发送方法，包括：在用户态区域中分配数据读取与发送区、数据接收与写入区、数据缓存区三个区域；创建数据发送进程；从所述数据缓存区中获取与所述数据发送进程对应的待发送的文件；构建所述数据发送进程的元数据，并记录到所述数据读取与发送区；顺序处理所述读取与发送区的一个或多个元数据，其中对所述元数据的处理包括：通过用户态网络设备驱动将所述文件发送给网卡，由所述网卡将所述文件发出。

为实现上述目的，本发明提供了一种用户态的文件接收方法，包括：在用户态区域中分配数据读取与发送区、数据接收与写入区、数据缓存区三个区域；创建数据接收进程；从所述数据缓存区中获取与所述数据接收进程对应的待接收的文件；构建所述数据接收进程的元数据，并记录到所述数据接收与写入区；顺序处理所述接收与写入区的一个或多个元数据，其中对所述元数据的处理包括：通过所述用户态存储设备驱动将所述元数据对应的所述文件写入外存。