使用優(yōu)化的數據包軟件降低網(wǎng)絡(luò )功耗

似乎每天都有新型可上網(wǎng)器件發(fā)布的消息。不管是智能手機、平板電腦、電子閱讀器，或者甚至是能連接網(wǎng)絡(luò )的電冰箱，基礎設置性能需求的增加，這些器件被賦予具有直接連網(wǎng)的功能。不管是在用戶(hù)端還是在數據中心級別，功耗是一個(gè)必須處于可控程度的領(lǐng)域，尤其是此需求仍在持續增加。

節能——一項系統的方法
在網(wǎng)絡(luò )系統平臺里有兩種基本的節能方式。第一種是通過(guò)核心技術(shù)篩選，選擇那些每瓦特能提供最優(yōu)化性能的適當的原件。這能減小電源的尺寸，且能減小總體的功耗。第二種方法基于應用的效率，以及如何用最小的功耗實(shí)現最大的性能，這使得節能不僅僅體現在總體的瓦數上，還體現在初始的成本上。

在任何計算平臺，最高的耗能原件之一都是處理器。在高性能的網(wǎng)絡(luò )應用中，速度和吞吐量是至關(guān)重要的，并且使用多個(gè)處理器是司空見(jiàn)慣的事情，這使得節能的挑戰更加嚴重。

增加時(shí)鐘頻率是提高處理器性能的傳統方法。然而，功耗與時(shí)鐘頻率的平方成正比，這項技術(shù)增加了功耗，是不實(shí)用的。

改進(jìn)的每瓦特性能
隨著(zhù)多核處理器架構的引入，處理器運行于更節能的時(shí)鐘頻率下，功耗問(wèn)題得到改善。當某項應用可以邏輯地劃分為相互獨立的可管理的個(gè)體時(shí)，最重要的進(jìn)步可以通過(guò)總體的系統吞吐量和功耗管理來(lái)取得。

圖1 每瓦功耗下CPU PassMark性能示例

對于網(wǎng)絡(luò )應用，數據處理和控制處理可以分開(kāi)進(jìn)行。多核處理器可以做到這一點(diǎn)，在總體每瓦特性能提升的同時(shí)維持功耗在可管理的級別。例如，Intel最新的Xeon 5600系列處理器——E5645，它具有六個(gè)處理器核，TDP僅有80W。

通過(guò)篩選恰當的多核處理器，我們已經(jīng)解決了上面提到的節能方法的第一部分。第二部（提高效率）完全與軟件以及軟件如何使用相關(guān)。高性能的數據處理需要大量同時(shí)運行的個(gè)體被輪流管理，這就需要一種高效的數據包處理軟件解決方案。

軟件滿(mǎn)足功耗/性能的挑戰
操作系統及其堆棧網(wǎng)絡(luò )是數據包處理效率的主要約束因素。

優(yōu)化效率的關(guān)鍵是限制那些直接到達操作系統網(wǎng)絡(luò )堆棧的數據包。其中一種方法是通過(guò)將網(wǎng)絡(luò )執行分成兩個(gè)層次。一種是較低的層次，為快速路徑，數據主體通過(guò)它來(lái)流動(dòng)。這樣，輸入的數據包就可以在操作系統環(huán)境之外進(jìn)行處理，且避免了操作系統的耗費。那些需要復雜處理過(guò)程的相對較少的數據包，例如必要的管理、信號以及控制功能等，可以送到操作系統網(wǎng)絡(luò )堆棧。

圖2 能量效率目標