基于驅(qū)動程序的協(xié)議棧設(shè)計

基于驅(qū)動程序的協(xié)議棧設(shè)計，相比于傳統(tǒng)的基于任務(wù)的協(xié)議棧設(shè)計來說有兩點好處：(1)效率更高；(2)對于有多個協(xié)議棧的系統(tǒng)來說，有更大的兼容性。
1 基于任務(wù)的方式
　　在我們比較兩種設(shè)計方式的技術(shù)細節(jié)之前，我們必須了解它們。傳統(tǒng)的設(shè)計方式包括將協(xié)議棧置于實時操作系統(tǒng)或內(nèi)核之上，但是大多數(shù)實時操作系統(tǒng)不提供網(wǎng)絡(luò)互連的框架。所以，協(xié)議棧的設(shè)計者們不得不利用實時操作系統(tǒng)提供的機制――Task。圖1說明了如何利用任務(wù)來實現(xiàn)一個三層間通信的協(xié)議。每一層被作為一個單獨的任務(wù)，外加任務(wù)間通信機制負責傳送數(shù)據(jù)和控制包上下通過協(xié)議棧，程序設(shè)計者負責定義層與層之間的接口和一個應(yīng)用程序接口(API)，以利于應(yīng)用程序員傳送和接收數(shù)據(jù)。

在這里存在幾個效率不高的來源：首先，正如圖1中點線所說明的，當包在應(yīng)用程序、上層的通信協(xié)議，以及網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備驅(qū)動程序之間交換時，下層的操作系統(tǒng)正忙于上下文切換，每一次實時操作系統(tǒng)掛起其中一個任務(wù)，恢復(fù)執(zhí)行另一個任務(wù)，時間都浪費在存取任務(wù)上下文中，考慮到每一個包無論是發(fā)還是收，都要通過協(xié)議棧的每一層，上下文切換的確造成了巨大的浪費。另外，當數(shù)據(jù)和控制包在應(yīng)用程序任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接口之間流動時，包含此類信息的緩沖區(qū)必然重復(fù)在任務(wù)間通信隊列加入或刪除。然而，這個系統(tǒng)開銷是很大的，這本身是由于系統(tǒng)在隊列操作時必然包括需與中斷和上下文切換隔離的臨界區(qū)。因此，不僅時間浪費于隊列操作，而且整個系統(tǒng)對一些重要的事件例如中斷的響應(yīng)變得延遲。
2 基于驅(qū)動程序的方法
　　另外一種選擇是將協(xié)議棧各層置于實時操作系統(tǒng)之中，圖2說明了基于此種方案，同樣的三層間通信協(xié)議是如何實施的。兩者之間的顯著區(qū)別在于：各個協(xié)議層是作為驅(qū)動程序模塊，而不是任務(wù)來實現(xiàn)的。

另外一個改變在于：協(xié)議棧之上還有一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊。加入這個模塊的目的在于將與協(xié)議無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)特性抽象化。也就是說，它將應(yīng)用程序設(shè)計者用來在協(xié)議棧間收發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序接口(API)標準化，例如：你的嵌入式系統(tǒng)可能需要同時支持基于調(diào)制解調(diào)器接口的PPP連到一臺遠程計算機和一個紅外接口用來與本地計算機通信。然而程序設(shè)計者不必為兩個事件各自編程，它只需用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊提供API與其它計算機進行通信，唯一的區(qū)別在于通過哪個網(wǎng)絡(luò)接口而已。
　　基于驅(qū)動程序方式的一個顯著優(yōu)點就在于上下文切換的次數(shù)僅僅是基于控制臺應(yīng)用程序的函數(shù)，并不基于協(xié)議層的數(shù)量。這樣一來就可以減少實時操作系統(tǒng)保存和恢復(fù)任務(wù)上下文的次數(shù)，因而空出時間作更有意義的事，例如執(zhí)行應(yīng)用程序代碼。
　　另一個好處在于，數(shù)據(jù)和控制信息更簡單的在層與層之間傳輸，因為所有的協(xié)議層都處于同一個上下文中，所以相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自動地為上下層所接受，結(jié)果你不必把他們在任務(wù)間隊列中傳送，由此產(chǎn)生的是，同時也避免了那些臨界區(qū)系統(tǒng)由此可改進中斷和優(yōu)先級任務(wù)的響應(yīng)時間。
3 緩沖區(qū)拷貝
　　緩沖區(qū)拷貝效率不高的第一個潛在因素在于：當數(shù)據(jù)在層與層之間傳輸時，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的分配、拷貝和釋放，這與協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)無關(guān)，僅與緩沖區(qū)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。