网站怎么做视频,学生制作网站建设 维护,企业网站建设上机考试,公司简介word模板文章目录 0. 引言1. 原理介绍1.1 DMA 与中断的协同机制1.2. DMA优化UDP 数据包发送 2. DMA 配置优化 0. 引言
UDP 网络传输常面临高 CPU 占用、传输延迟和丢包等挑战。本文将介绍 DMA 如何优化 UDP 数据包的发送#xff0c;以提高吞吐量、减少延迟并降低 CPU 占用。
阅读本文… 文章目录 0. 引言1. 原理介绍1.1 DMA 与中断的协同机制1.2. DMA优化UDP 数据包发送 2. DMA 配置优化 0. 引言
UDP 网络传输常面临高 CPU 占用、传输延迟和丢包等挑战。本文将介绍 DMA 如何优化 UDP 数据包的发送以提高吞吐量、减少延迟并降低 CPU 占用。
阅读本文时请同步阅读: Linux 编程高实时性场景下的内核线程调度与网络包发送优化
1. 原理介绍
1.1 DMA 与中断的协同机制
DMA 和 中断 协同工作能够显著提高数据传输效率。
中断机制通过中断通知 CPU 事件发生避免轮询带来的资源浪费并及时响应实时数据。DMA 技术如果没有 DMACPU 将会直接参与每次数据的传输例如使用 memcpy()而DMA 允许外设与内存直接传输数据减少 CPU 参与避免上下文切换提高传输效率。DMA 多通道DMA 控制器通常具有多个 DMA 通道针对不同的外设和数据传输需求可以为不同的设备配置不同的 DMA 通道。例如数据传感器可以通过 DMA 将数据直接写入到特定的内存缓冲区这样 CPU 只需处理数据而无需干预数据传输。
1.2. DMA优化UDP 数据包发送
DMA可以优化高频数据流的场景UDP 数据传输原因如下
减少 CPU 负担传统 UDP 传输中CPU 需要处理数据复制和协议栈操作而 DMA 允许 NIC(网络接口卡) 直接从内存读取数据并打包为 UDP 数据包发送减少CPU 干预。大数据包优化在带宽需求较高的场景中如在视频流、激光雷达数据等DMA 避免了内存拷贝。缓存一致性问题DMA 直接传输数据DMA 目标内存区域与其他内存区域隔离可避免数据竞争或缓存污染。在高性能应用中可以使用 缓存一致性 或 非缓存区nocache memory 来确保 DMA 写入的内存区域与 CPU 的其他操作不冲突。
下面描述 DMA 与网络驱动的关系。 #mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N g.classGroup text{fill:#9370DB;fill:#131300;stroke:none;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:10px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N g.classGroup text .title{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .nodeLabel,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edgeLabel{color:#131300;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edgeLabel .label rect{fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .label text{fill:#131300;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edgeLabel .label span{background:#ECECFF;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .classTitle{font-weight:bolder;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .node rect,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .node circle,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .node ellipse,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .node polygon,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .divider{stroke:#9370DB;stroke:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N g.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N g.classGroup rect{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N g.classGroup line{stroke:#9370DB;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .classLabel .box{stroke:none;stroke-width:0;fill:#ECECFF;opacity:0.5;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .classLabel .label{fill:#9370DB;font-size:10px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .relation{stroke:#333333;stroke-width:1;fill:none;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .dashed-line{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #compositionStart,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #compositionEnd,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .composition{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #dependencyStart,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #dependencyStart,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .dependency{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #extensionStart,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #extensionEnd,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .extension{fill:#333333!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #aggregationStart,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N #aggregationEnd,#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .aggregation{fill:#ECECFF!important;stroke:#333333!important;stroke-width:1;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N .edgeTerminals{font-size:11px;}#mermaid-svg-BbXK8epdGm2Nd62N :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} supports 1 1..* configures 1 1..* accesses 1 1 configures 1 1 manages 1 1 «hardware» NIC sendData() receiveData() supportDMA() «software» NetworkDriver initializeDMA() manageBuffer() configureNIC() «hardware» DMA transferData() accessMemory() «hardware» Memory storeData() NIC网络接口卡网络接口卡是支持 DMA 的硬件能够直接将数据从内存传输到网络接口。NetworkDriver网络驱动程序网络驱动程序负责初始化和配置 DMA、管理网络接口卡的 DMA 缓冲区和传输设置。驱动程序负责处理与 DMA 相关的操作如配置 DMA 缓冲区、启动 DMA 传输等。DMA直接内存访问DMA 控制器在硬件层面负责数据传输它能够在内存和外设例如 NIC之间直接传输数据。DMA 不需要 CPU 参与从而降低了 CPU 的负担尤其在大规模数据传输时。Memory内存内存是数据存储的地方网络驱动程序会将要发送的数据存储在内存中DMA 会从内存中读取这些数据并传输到网络接口卡。
2. DMA 配置优化
为了最大化 DMA 在 UDP 数据包发送中的效果需要在多个层面进行配置和调优。 DMA 缓冲区配置确保 DMA 缓冲区足够大以便能够高效地处理大块数据传输过小的缓冲区可能导致频繁的 DMA 传输增加延迟和 CPU 占用。在 BSP 配置 中或者网络驱动程序中可以调整 DMA 缓冲区的大小以提高每次传输的数据量。 然而过大的 DMA 缓冲区可能导致单次数据传输时间更长从而引入较大的延迟。 DMA 内存对齐确保 DMA 缓冲区的内存对齐以优化数据传输速度。大多数 DMA 控制器要求数据缓冲区按照特定的内存边界对齐通常是 4 字节或 8 字节对齐。内存对齐不足会导致额外的延迟。 启用零拷贝在 网络驱动程序 中启用 零拷贝 支持以便 NIC 直接将数据从用户空间传输至网络接口减少内存复制开销双缓冲技术可以减少等待时间提高吞吐量。 减少中断数量传统的做法是每次完成 DMA 传输后触发一个中断。如果每个传输都产生中断会导致大量的上下文切换和 CPU 占用。通过配置 中断合并可以将多个 DMA 完成的中断合并为一个中断从而减少中断的开销。 在 BSP 或内核配置 中可以配置 中断合并 或 中断调度以减少不必要的中断频率。 大帧传输Jumbo Frames许多 NIC 支持 Jumbo Frames超大帧。启用这一特性后网络接口卡可以一次发送更大的数据包减少每个数据包的头部开销从而提升网络吞吐量。
