關于用戶態協議棧的思考

一直以來我一直以為操作系統內核是高大上的東西，但是實際上用戶態的應用才是！
上周的一次技術交流中，一家網絡加速卡廠商聲稱他們的協議棧是用戶態的協議棧，用來提高性能，我對其產品直接就泄了氣，然而會后，我查閱了相關的資料，找到一篇文章《 千萬并發的秘密-內核是問題的根本》http://www.oschina.net/translate/the-secret-to-10-million-concurrent-connections-the-kernel，寫出了我的心聲，原來我一直都是這么認為的，只是一直都不敢承認罷了，為何不敢承認，那是因為我酷愛內核。我對那家廠商泄氣表達了我深深的虛偽，內在的分裂！
      文中說”我們學的是Unix而不是網絡編程“，對《Unix網絡編程》一書給出了正確的評價，告訴我們，我們被平臺牽累了，我們一直在面對的都是操作系統的接口如何使用的技術，而不是真正的編程，真正的天馬行空般超乎想象的編程。一個又一個的應用編程框架或者中間件在提出的時候，說的是”如何能讓我們不必關注實現細節而精心處理我們自己的業務邏輯“，這篇文章能讓人理解這句話的好意。
      歷史地看網絡編程，是先有了UNIX，再有了TCP/IP和BSD socket，當然要把網絡編程往UNIX里面硬塞，曾幾何時，一直到現在，做網絡編程的不懂UNIX會被人恥笑，當然，Linux某種意義上已經代替了UNIX。UNIX的哲學包括機制和策略分離這一真理，它在映射成這個信條之前是數據和控制的分離這個箴言，這個箴言如今已經淹沒在網絡設備中，比如路由器，其數據面和控制面是合在一起的，當該箴言再次喚醒其信徒的時候，SDN就出現了。是對UNIX理念的誤解，導致了網絡設備將控制面和數據面合在在一起而并非利益使然，這種誤解甚至影響了UNIX本身。要知道UNIX理念影響了幾乎所有的操作系統以及網絡設備的設計，其中包括Mirosoft Windows以及Cisco的IOS。我之所以說是一種誤解而并非背叛，是因為UNIX的理念可能從來就沒有被真正理解過。也許，這是對宏內核的誤解導致的對UNIX的誤解。
      UNIX的宏內核思想影響面甚大，然而它的本意并非將所有的操作都塞進內核，而是僅僅將機要操作塞進內核，保持內核的緊湊性與高效性，因為模塊之間的交流是需要成本的，宏內核思想不講解耦合(但在實現機制上，還是模塊化的)。可是如何定義什么是機要操作，考慮以下的服務：
制定一套合理的經濟政策；
制定一套合理的稅收計劃；
生產棉布；
制作一件面料考究的羊毛西服；
提供價值￥160的發型；
...
請問哪些是機要操作？對于普通民眾而言，比如我，根本就沒有西服，頭發一年理一次，但是對于貴族而言，除了最后一條，其它的可能都是機要操作...很難定義機要操作，所以這種定義法很容易將所有的東西都塞進UNIX。《UNIX網絡編程》講述的是，你僅需要寫一個很小的輕量級的服務器就可以讓UNIX做一切繁復的工作。一件頗具說服力的事可以幫助《千萬并發的秘密-內核是問題的根本》的作者表達一下深深的惡意，那就是Linux曾經在內核中實現了一個WEB服務器，多么巨大的一個玩笑，或者說是對宏內核多么巨大的一個諷刺...我們要記住的是，UNIX并沒有讓后來者把所有的東西塞進內核，只是說，內核要保留控制權。
      我們不妨換一個思路，回到UNIX最初的思路，從控制權角度來看，哪些是屬于控制面的，也許你能說出一大堆，進程調度，資源管理，文件系統...網絡協議棧。不過，好像我們所有人一直以來都把網絡視為例外，網絡IO即不是塊設備IO也不是字符設備IO，按照UNIX一切皆文件的觀念，我們沒法給網絡一個合理的位置。socket接口的是一個完整的協議棧，而不是什么設備，我們不得不面對網絡參數的調整，為此我們加了多少次班，這正是網絡IO和其它設備IO相比所處的尷尬位置。
      直接和網卡接口是不是更自由些，從此我們擺脫了協議棧的束縛，然而我們必須自己實現協議棧，前些日子我就想過這些，主要是為了解決手機上面操作網絡無權限的問題，我當時想得是一個關于自由的問題而不是性能問題，而《秘密》一文說的正是性能問題，回顧那個廠商的介紹，他們的產品在用戶態進行數據包的協議棧處理，最大限度的使用了網絡協處理器等硬件加速功能，讓人感嘆，請問，使用操作系統內核的協議棧，如何把處理轉到協處理器上？！回答使用Netfilter已經過時了！我一直都想玩玩用Netfilter將處理轉到一塊卡上，但是我發現我過時了，如今的回答是，直接把內核協議棧旁路掉！如今，真的有這樣的技術，其中之一叫做PF_RING，實際上就是一個抓包機制，將數據包直接從鏈路層獲取，然后你想怎么處理就怎么處理，剛剛試了一下，挺好用，和uIP結合，簡直太猛了。當然，我可沒有千萬級并發的測試環境，我說的猛僅僅是它竟然真的可以工作！
      說說性能問題。性能和內核無關，你不要指望從32位的Linux 2.6.8換到64位的Linux 2.6.32內核在性能上會有一個突破，也不要指望拼出Linux和Windows內核對性能提升效果的優劣，關鍵還是在于應用程序！WHY？因為性能是一個高端私人定***務，內核這種基礎設施是不負責這種高定服務的。想出高性能，實際上一種藝術行為，涉及到方方面面的微調，絕對是高端大氣上檔次的行為，你指望內核能幫你做到這些嗎？在微內核的世界，這是可能的，但是千萬別把你的偏好轉向微內核，干嘛非要內核搞定一切呢？干嘛不自己搞定啊！就算自己搞不定，把思想或者想法放出去，總會有人搞定的啊！不管是宏內核還是微內核，都不宜把高定的東西往里面塞，否則，對于宏內核而言，它就變成了屎殼郎滾的球，對于微內核而言，它就變成了蜘蛛織的網...