Linux系统TSO的实现原理

　　所谓的TSO就是TCP Segment Offload，TSO的原理说起来也不算太难，就是利用网卡实现TCP分段，从而达到缩短CPU周期的目的。本文就来介绍一下Linux系统TSO的实现原理。

　　TSO的原理几乎每个人都知道，事实上它是怎么实现的这个问题也不难，难的是细节。在做完了正事之后，我想把这个原理展现出来，当然可能和实际的实现有超级大的出入，不管怎样，它是一个原理框图，仔细观察，应该也能自己实现一个比我这个更好的TSO了。

　　这个设计是一个数字逻辑，时序电路的范畴，而这个领域十分地高大上，并不是普通的软件程序员能hold住的，像我这样的半瓶子也一样。所以我依然是按照老样子，试图直接给出一个结果，而不是要求听书的人事先做一些准备，往往在人们做这些准备工作的时候，就已经厌倦放弃了。

　　基础知识不难，就是一些门电路，与门，非门，比较器，译码器，触发器之类的，这些东西随便找一本计算机组成原理，都很齐全。关键是怎么组合它们，这是另一个领域的编程。此时，我想起了15年前我的高中物理老湿刘丹青在讲电路的时候说过的一句话：让电流流一下。这句话在科班人看来完全不符合电路设计的基本原则，他们可能更倾向于首先建模，然后分析，然后使用描述语言VHDL写出代码，最后再给出电路，我觉得这适合于设计本身，但是不适合于对一个门外汉讲述其精彩。对于一个门外汉来讲，他唯一所知道的就是，让电流流一下，然后冲过这个门，冲过那个管，好了，高电平变成低平了。。。

　　在一张白纸上，画出一堆的门电路，然后随性随意组合它们，慢慢的，我突然发现，这个电路就是TSO的框架了。我记得上周帮人固化了路由转发表，然而那种固化行为可能会因为成本过高而被pass掉，毕竟如今的软实现已经够用了吧。所以只有核心传输网才需要这种固化的转发表，然而TSO却是服务器领域的首推，服务器太多了，远比核心转发设备多，它们的CPU需要减负，确实，CPU去计算一些固定模式的东西，有点浪费，它应该花更多的精力去处理一些不可控的东西。所以TCP分段这种事情自然而然就由网卡代劳了。你，我，他，我们都遇到过TSO，但是我们只会开启，关闭它，如果你想知道它到底是怎么Offload的，请看下图，让电流流一流：

　　TCP分段和IP分片的区别很大，这个事你一定要明白。然后才可以看懂上面的图。

　　以上的解析只是一个特例，事实上，所有的硬件加速机制无非都是一样的机制。当我在看Intel千兆/万兆网卡的手册时，我想到在芯片的内部，这种电路的元件几乎是海量的，实现了RSS，硬件hash分类等。这就是我所谓的江河泛滥，沿着沟壑瞬间吞噬大地，我们该如何挖沟填壑，这不是本文的目的，本文只是描述了这种可能性。这也是这种专用电路和通用CPU之间的本质区别。CPU存在着一个指令集，这意味着它是关注于外部如何调用的，而专用电路的关注点在于内部的执行逻辑，它几乎不对外提供任何接口，唯一的就是设置几个寄存器的值，比如MTU，数据包长度，数据包头长度等，其它的执行逻辑，外部无权过问。这是串行编程和并行执行的本质区别。

　　对于指令系统，也有一些要说的。在内部控制逻辑上，有一个统一的指令分发系统，实际上就是发射出一系列的0和1的组合，这个组合中的0和1作用于各种门电路，这些门电路接受了这些不同的输入后，产生不同的输出，然后再作为另外的门电路的输入，造成不同的输出，如此反复。。。难道事实不是这样子吗？你很难否则定。

　　让电流流一流，如果你觉得比较抽象，那就观察洪水泛滥的过程吧，大河决堤的地点不同，造成的灾难也不同，关键在于决堤处的地势以及其所连接的各种地形，这一切都是同时发生的，和电流一样，水流在经过一个弯道或者一道拱桥的时候，也会有一些延时和分流，这就可以类比电路中的各种门。

　　好了，Linux系统TSO的实现原理就为大家介绍到这里了，是不是看得有点晕了，看明白文中的那个图，就能看得更清楚一点了。