基于驅動(dòng)程序的協(xié)議棧設計

基于驅動(dòng)程序的協(xié)議棧設計，相比于傳統的基于任務(wù)的協(xié)議棧設計來(lái)說(shuō)有兩點(diǎn)好處：(1)效率更高；(2)對于有多個(gè)協(xié)議棧的系統來(lái)說(shuō)，有更大的兼容性。
1 基于任務(wù)的方式
　　在我們比較兩種設計方式的技術(shù)細節之前，我們必須了解它們。傳統的設計方式包括將協(xié)議棧置于實(shí)時(shí)操作系統或內核之上，但是大多數實(shí)時(shí)操作系統不提供網(wǎng)絡(luò )互連的框架。所以，協(xié)議棧的設計者們不得不利用實(shí)時(shí)操作系統提供的機制――Task。圖1說(shuō)明了如何利用任務(wù)來(lái)實(shí)現一個(gè)三層間通信的協(xié)議。每一層被作為一個(gè)單獨的任務(wù)，外加任務(wù)間通信機制負責傳送數據和控制包上下通過(guò)協(xié)議棧，程序設計者負責定義層與層之間的接口和一個(gè)應用程序接口(API)，以利于應用程序員傳送和接收數據。

在這里存在幾個(gè)效率不高的來(lái)源：首先，正如圖1中點(diǎn)線(xiàn)所說(shuō)明的，當包在應用程序、上層的通信協(xié)議，以及網(wǎng)絡(luò )接口的設備驅動(dòng)程序之間交換時(shí)，下層的操作系統正忙于上下文切換，每一次實(shí)時(shí)操作系統掛起其中一個(gè)任務(wù)，恢復執行另一個(gè)任務(wù)，時(shí)間都浪費在存取任務(wù)上下文中，考慮到每一個(gè)包無(wú)論是發(fā)還是收，都要通過(guò)協(xié)議棧的每一層，上下文切換的確造成了巨大的浪費。另外，當數據和控制包在應用程序任務(wù)和網(wǎng)絡(luò )接口之間流動(dòng)時(shí)，包含此類(lèi)信息的緩沖區必然重復在任務(wù)間通信隊列加入或刪除。然而，這個(gè)系統開(kāi)銷(xiāo)是很大的，這本身是由于系統在隊列操作時(shí)必然包括需與中斷和上下文切換隔離的臨界區。因此，不僅時(shí)間浪費于隊列操作，而且整個(gè)系統對一些重要的事件例如中斷的響應變得延遲。
2 基于驅動(dòng)程序的方法
　　另外一種選擇是將協(xié)議棧各層置于實(shí)時(shí)操作系統之中，圖2說(shuō)明了基于此種方案，同樣的三層間通信協(xié)議是如何實(shí)施的。兩者之間的顯著(zhù)區別在于：各個(gè)協(xié)議層是作為驅動(dòng)程序模塊，而不是任務(wù)來(lái)實(shí)現的。

另外一個(gè)改變在于：協(xié)議棧之上還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)模塊。加入這個(gè)模塊的目的在于將與協(xié)議無(wú)關(guān)的網(wǎng)絡(luò )特性抽象化。也就是說(shuō)，它將應用程序設計者用來(lái)在協(xié)議棧間收發(fā)數據的應用程序接口(API)標準化，例如：你的嵌入式系統可能需要同時(shí)支持基于調制解調器接口的PPP連到一臺遠程計算機和一個(gè)紅外接口用來(lái)與本地計算機通信。然而程序設計者不必為兩個(gè)事件各自編程，它只需用網(wǎng)絡(luò )服務(wù)模塊提供API與其它計算機進(jìn)行通信，唯一的區別在于通過(guò)哪個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口而已。
　　基于驅動(dòng)程序方式的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)就在于上下文切換的次數僅僅是基于控制臺應用程序的函數，并不基于協(xié)議層的數量。這樣一來(lái)就可以減少實(shí)時(shí)操作系統保存和恢復任務(wù)上下文的次數，因而空出時(shí)間作更有意義的事，例如執行應用程序代碼。
　　另一個(gè)好處在于，數據和控制信息更簡(jiǎn)單的在層與層之間傳輸，因為所有的協(xié)議層都處于同一個(gè)上下文中，所以相關(guān)的數據結構自動(dòng)地為上下層所接受，結果你不必把他們在任務(wù)間隊列中傳送，由此產(chǎn)生的是，同時(shí)也避免了那些臨界區系統由此可改進(jìn)中斷和優(yōu)先級任務(wù)的響應時(shí)間。
3 緩沖區拷貝
　　緩沖區拷貝效率不高的第一個(gè)潛在因素在于：當數據在層與層之間傳輸時(shí)，數據緩沖區的分配、拷貝和釋放，這與協(xié)議棧的結構無(wú)關(guān)，僅與緩沖區本身的結構有關(guān)。