20、网络代码与应用中的调度与上下文切换开销优化

网络代码与应用中的调度与上下文切换开销优化

1. 网络代码中避免调度开销

1.1 协议实现的挑战

在实现协议时，一个主要难题是平衡模块化和性能。以网络栈实现为例，若将传输协议（如 TCP）、路由协议（如 IP）和应用分别作为独立进程实现，每个接收到的数据包至少需要两次进程上下文切换，这会带来较高的开销。

1.2 Clark 的创新方案

Dave Clark 提出了一种创新方法，以一个简单应用为例，该应用从键盘读取数据，通过可靠传输协议发送到网络，接收方收到数据后显示在屏幕上。传统的实现方式是每个协议层对应一个进程，这样每个数据包的收发会涉及三个进程和两次完整的上下文切换。

而 Clark 建议在发送方和接收方分别使用两个进程来实现网络协议栈：
- 发送方 ：有一个键盘处理进程，它收集键盘输入的数据，当有数据时调用 transport-arm-to-send 函数。该函数是传输层导出给键盘处理进程的函数，执行时键盘处理进程可暂停自身。 transport-arm-to-send 仅告知传输协议该连接要发送数据，不进行数据传输。当流量控制限制解除后，发送进程执行 transport-send 例程，该例程会先调用应用协议的 display-get-data 函数获取数据，然后添加传输层头部并调用网络协议发送数据包。
- 接收方 ：接收中断处理程序使用 net-dispatch 例程接收数据包，该