kernel-bypass

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Kernel-bypass,即绕过内核的意思,是一种计算机科学中的技术方法,用于减少操作系统内核在数据处理路径中的参与,从而降低系统调用的开销,提高数据传输和处理的效率。在高吞吐量、低延迟的应用场景中,如高性能网络通信、大数据处理、金融交易系统等,kernel-bypass技术尤为重要。

传统的数据传输流程需要经过用户空间(User Space)到内核空间(Kernel Space)的上下文切换,这个过程会引入额外的延迟。Kernel-bypass技术允许应用程序直接访问硬件资源(如网卡、存储设备),跳过了内核参与的数据路径,减少了系统调用和内存拷贝的次数,进而提升应用的性能。

一些常见的kernel-bypass技术包括:

  1. DPDK (Data Plane Development Kit): 为高速数据包处理提供库函数和驱动程序,使得用户态程序能直接操作网卡,避免了内核协议栈的处理。

  2. RDMA (Remote Direct Memory Access): 允许一台计算机的内存直接访问另一台计算机的内存,而不需要涉及双方的操作系统内核,常用于InfiniBand和RoCE网络技术中。

  3. UIO (Userspace I/O) 或 VFIO (Virtual Function I/O): Linux内核提供的机制,允许用户空间程序直接访问设备的I/O资源。

  4. eBPF (Extended Berkeley Packet Filter): 虽然本质上不是kernel-bypass,但通过在内核中运行用户定义的程序,可以在不修改内核代码的情况下高效地处理数据包,间接实现了高性能的数据处理。

  5. SPDK (Storage Performance Development Kit): 类似于DPDK,专为存储设备设计,提供了用户态驱动,以实现对NVMe SSD等存储设备的高性能访问。

这些技术都是为了在特定应用场景下优化系统性能,通过减少内核介入,达到更高的数据处理速度和更低的延迟。

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