使用優(yōu)化的數(shù)據(jù)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(jī)、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(chǔ)設(shè)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。不管是在用戶端還是在數(shù)據(jù)中心級(jí)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(xù)增加。

節(jié)能——一項(xiàng)系統(tǒng)的方法
在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)里有兩種基本的節(jié)能方式。第一種是通過核心技術(shù)篩選，選擇那些每瓦特能提供最優(yōu)化性能的適當(dāng)?shù)脑?。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(yīng)用的效率，以及如何用最小的功耗實(shí)現(xiàn)最大的性能，這使得節(jié)能不僅僅體現(xiàn)在總體的瓦數(shù)上，還體現(xiàn)在初始的成本上。

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

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

改進(jìn)的每瓦特性能
隨著多核處理器架構(gòu)的引入，處理器運(yùn)行于更節(jié)能的時(shí)鐘頻率下，功耗問題得到改善。當(dāng)某項(xiàng)應(yīng)用可以邏輯地劃分為相互獨(dú)立的可管理的個(gè)體時(shí)，最重要的進(jìn)步可以通過總體的系統(tǒng)吞吐量和功耗管理來取得。

圖1 每瓦功耗下CPU PassMark性能示例

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理和控制處理可以分開進(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(jí)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。

通過篩選恰當(dāng)?shù)亩嗪颂幚砥?，我們已?jīng)解決了上面提到的節(jié)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(shù)據(jù)處理需要大量同時(shí)運(yùn)行的個(gè)體被輪流管理，這就需要一種高效的數(shù)據(jù)包處理軟件解決方案。

軟件滿足功耗/性能的挑戰(zhàn)
操作系統(tǒng)及其堆棧網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)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(dá)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)堆棧的數(shù)據(jù)包。其中一種方法是通過將網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行分成兩個(gè)層次。一種是較低的層次，為快速路徑，數(shù)據(jù)主體通過它來流動(dòng)。這樣，輸入的數(shù)據(jù)包就可以在操作系統(tǒng)環(huán)境之外進(jìn)行處理，且避免了操作系統(tǒng)的耗費(fèi)。那些需要復(fù)雜處理過程的相對(duì)較少的數(shù)據(jù)包，例如必要的管理、信號(hào)以及控制功能等，可以送到操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)堆棧。

圖2 能量效率目標(biāo)