Linux系統(tǒng)TSO的實(shí)現(xiàn)原理

　　所謂的TSO就是TCP Segment Offload，TSO的原理說(shuō)起來(lái)也不算太難，就是利用網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)TCP分段，從而達(dá)到縮短CPU周期的目的。本文就來(lái)介紹一下Linux系統(tǒng)TSO的實(shí)現(xiàn)原理。

　　TSO的原理幾乎每個(gè)人都知道，事實(shí)上它是怎么實(shí)現(xiàn)的這個(gè)問(wèn)題也不難，難的是細(xì)節(jié)。在做完了正事之后，我想把這個(gè)原理展現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)然可能和實(shí)際的實(shí)現(xiàn)有超級(jí)大的出入，不管怎樣，它是一個(gè)原理框圖，仔細(xì)觀察，應(yīng)該也能自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)比我這個(gè)更好的TSO了。

　　這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)數(shù)字邏輯，時(shí)序電路的范疇，而這個(gè)領(lǐng)域十分地高大上，并不是普通的軟件程序員能hold住的，像我這樣的半瓶子也一樣。所以我依然是按照老樣子，試圖直接給出一個(gè)結(jié)果，而不是要求聽(tīng)書(shū)的人事先做一些準(zhǔn)備，往往在人們做這些準(zhǔn)備工作的時(shí)候，就已經(jīng)厭倦放棄了。

　　基礎(chǔ)知識(shí)不難，就是一些門(mén)電路，與門(mén)，非門(mén)，比較器，譯碼器，觸發(fā)器之類的，這些東西隨便找一本計(jì)算機(jī)組成原理，都很齊全。關(guān)鍵是怎么組合它們，這是另一個(gè)領(lǐng)域的編程。此時(shí)，我想起了15年前我的高中物理老濕劉丹青在講電路的時(shí)候說(shuō)過(guò)的一句話：讓電流流一下。這句話在科班人看來(lái)完全不符合電路設(shè)計(jì)的基本原則，他們可能更傾向于首先建模，然后分析，然后使用描述語(yǔ)言VHDL寫(xiě)出代碼，最后再給出電路，我覺(jué)得這適合于設(shè)計(jì)本身，但是不適合于對(duì)一個(gè)門(mén)外漢講述其精彩。對(duì)于一個(gè)門(mén)外漢來(lái)講，他唯一所知道的就是，讓電流流一下，然后沖過(guò)這個(gè)門(mén)，沖過(guò)那個(gè)管，好了，高電平變成低平了。。。

　　在一張白紙上，畫(huà)出一堆的門(mén)電路，然后隨性隨意組合它們，慢慢的，我突然發(fā)現(xiàn)，這個(gè)電路就是TSO的框架了。我記得上周幫人固化了路由轉(zhuǎn)發(fā)表，然而那種固化行為可能會(huì)因?yàn)槌杀具^(guò)高而被pass掉，畢竟如今的軟實(shí)現(xiàn)已經(jīng)夠用了吧。所以只有核心傳輸網(wǎng)才需要這種固化的轉(zhuǎn)發(fā)表，然而TSO卻是服務(wù)器領(lǐng)域的首推，服務(wù)器太多了，遠(yuǎn)比核心轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備多，它們的CPU需要減負(fù)，確實(shí)，CPU去計(jì)算一些固定模式的東西，有點(diǎn)浪費(fèi)，它應(yīng)該花更多的精力去處理一些不可控的東西。所以TCP分段這種事情自然而然就由網(wǎng)卡代勞了。你，我，他，我們都遇到過(guò)TSO，但是我們只會(huì)開(kāi)啟，關(guān)閉它，如果你想知道它到底是怎么Offload的，請(qǐng)看下圖，讓電流流一流：

　　TCP分段和IP分片的區(qū)別很大，這個(gè)事你一定要明白。然后才可以看懂上面的圖。

　　以上的解析只是一個(gè)特例，事實(shí)上，所有的硬件加速機(jī)制無(wú)非都是一樣的機(jī)制。當(dāng)我在看Intel千兆/萬(wàn)兆網(wǎng)卡的手冊(cè)時(shí)，我想到在芯片的內(nèi)部，這種電路的元件幾乎是海量的，實(shí)現(xiàn)了RSS，硬件hash分類等。這就是我所謂的江河泛濫，沿著溝壑瞬間吞噬大地，我們?cè)撊绾瓮跍咸钲�，這不是本文的目的，本文只是描述了這種可能性。這也是這種專用電路和通用CPU之間的本質(zhì)區(qū)別。CPU存在著一個(gè)指令集，這意味著它是關(guān)注于外部如何調(diào)用的，而專用電路的關(guān)注點(diǎn)在于內(nèi)部的執(zhí)行邏輯，它幾乎不對(duì)外提供任何接口，唯一的就是設(shè)置幾個(gè)寄存器的值，比如MTU，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)包頭長(zhǎng)度等，其它的執(zhí)行邏輯，外部無(wú)權(quán)過(guò)問(wèn)。這是串行編程和并行執(zhí)行的本質(zhì)區(qū)別。

　　對(duì)于指令系統(tǒng)，也有一些要說(shuō)的。在內(nèi)部控制邏輯上，有一個(gè)統(tǒng)一的指令分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)際上就是發(fā)射出一系列的0和1的組合，這個(gè)組合中的0和1作用于各種門(mén)電路，這些門(mén)電路接受了這些不同的輸入后，產(chǎn)生不同的輸出，然后再作為另外的門(mén)電路的輸入，造成不同的輸出，如此反復(fù)。。。難道事實(shí)不是這樣子嗎？你很難否則定。

　　讓電流流一流，如果你覺(jué)得比較抽象，那就觀察洪水泛濫的過(guò)程吧，大河決堤的地點(diǎn)不同，造成的災(zāi)難也不同，關(guān)鍵在于決堤處的地勢(shì)以及其所連接的各種地形，這一切都是同時(shí)發(fā)生的，和電流一樣，水流在經(jīng)過(guò)一個(gè)彎道或者一道拱橋的時(shí)候，也會(huì)有一些延時(shí)和分流，這就可以類比電路中的各種門(mén)。

　　好了，Linux系統(tǒng)TSO的實(shí)現(xiàn)原理就為大家介紹到這里了，是不是看得有點(diǎn)暈了，看明白文中的那個(gè)圖，就能看得更清楚一點(diǎn)了。