部的Ｓ ｉ ｇ ｎ ｄ ｌ 方法？ 这些互斥锁与条件变量的细节被封装在任务节点内部， 使得处理高并发线程调廑的逻辑细节得以简化． 每个任务节点分配一个执行线． 程， 其执行具体流程为： 首先执行前置过輕ｐ ｒ ｅ ； 然后使用多个新线程并发调度执行子任务ｓ ｍｘ＾ 之后执行辰覃过輕ａ ｆｔ ｅｒ； 如某当前任务是根任务财需＊ 递归执行子任务的Ｗ ａ ｉ ｔ ；景后更新任务状态为完成并执行＠ 身的Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ．在上Ｗ 的流１程：中？ 任＃节点麗的ｐ ｒ ｅ 和ＳＱ ＯＳ 存在审行调度的关系， ｓｏ ｎ ｓ 和ａ ｆ ｔ ｅ ｒ 存在并发调度的关系，ｓｏ ｎ ｓ 中的子任务之间也是并发调虡关系． 任务节点从根任务开始被递归时在新线程中调度执行， 最终由根任务线程递归的等＃ 所有任务节点执行完成． 任务树的执行过程中Ｈ 会阻塞根任务线程另外， 可使用线裎池技米提前创建好一批线程以降低每次动态新建线程的额外性＇能开销． 图康承了值真系统中任务树猶执行过義．根任务ａｆｔｅｒ 递归Ｗａ ｉｔ递子任潟子任［度递ａ ｆ ｔｅｒＳｉｇｎａ ｌ归调度孙任务Ｐｒｅ 卜「ａ ｆ ｔ ｅ ｒ八Ｓｉ ｇｎａ ｌＳｉ ｇｎａ ｌ圈ｓ 任务树的機行； ｓｔ程４ ． ６— 种集中式路由的仿真案例拓扑动态变化的仿真Ｍ 络为所承载的用户协议创逭了谭真的低轨卫星网络运行环境？ 用户协议既可以直接在多个卫星节点上进行分布式部署， 也可以引人集中式的协议控制机制． 以路由协议．为例， 由于容器提供了进程及网络麂离的主机运行环境， 可在卫蘼Ｄｏ ｃ ｋｅ ｒ 容器中ｊｇ右开滬路由软件Ｑ ｕ ａ ｇ ｇａ［ ２ ５ ］ ３ 实现Ｒ Ｉ Ｐ 、Ｏ Ｓ Ｐ Ｆ 、Ｂ Ｇ Ｐ 等分布式路由协议的部暑． 另：ａ ｄｔ ｏ 计＃机攣报 ２ ０ ２ ｜：＃一方面， 也可以吸收软件定义网络的思想， 在控制平Ｈ 实现集中式的路由控制摸：型？ 控制平面能够基于规律性拓扑变化的数学模爾或收集到的全局网络拓扑信息计算并产生路由更薪搴件， 进而驱动数据平面卫星节点的路由配置？ 实现集中式的路由控制． 其中， 卫星Ｄｏ ｃ ｋ ｅ ｒ 容器的路由＿词样可以通过：Ｓｈ ｅｌ ｌ 调甩Ｌ ｉ ｉｍｘ工墨隹：秦现． 此外、細果用户希望开＇发萧的分布式路由协谀＊ 也可以为每个Ｄ ｃｗｋａｒ 容器配置规立的控制”平亩进程、通过编零：隹制平面进程代码实现用户具定义的路由协议？＿趙户希塵定制新的数摒乎贾功能时， 既可以修改Ｄｏ ｃ ｋ ｅ ｒ 容器中运行的Ｌｍ ｕ ｘ 内核网络协议栈代码ｔ也可以基于ＤＰ Ｄ Ｋ 或Ｐ ４ 等可编程数据平賀工具实现Ｄ 〇ｃ ｋ ？ 容器中转发逻辑功能的灵活定制，下菌＿ 出龜于本文仿：寫测试床的一种集：中式路由控制机制的仿覉方案？ 系统的＆ 制平面负賈维护蘼间链路的实时拓扑． 梟间链路的通断事件会寿致垦简链路拓扑的更新＞触发控制平面根据当前最新拓扑调用最窺路径算法（ Ｄ ｉｊｋ ｓｔ ｒ ａ 算法） 重新计算每个卫墓６３ 路由暴？ 然后＇控制平面通过路由蜜新事件驱动数据平面上的每个卫皇首点迸行路ｆｔ 更新＊ 最终以集中式控制的方式实现卫皇节点之间的路由收敛． 图１ ０ 展示了集中式路由更新的濂程．—坎瘍中式路由繁寶■輕星间链路的通断参件可分为两类＊ 一类是内部时钟激励下的规律：性链路通断（ 用于仿真茧常憬况下低轨卫星星座周期性的拓扑变化） ， 另一■是外部用户交互引ｔ 的异常链路通断（． 用于仿蓦３ 星趣路Ｈ 为故障等原因产生的异常中断） ． ＷＴ 两种通断言件都会触发控制＇平面星间链路的拓扑更新＊ 仿真系统因此能够支持对规律牲布扑变化和抗毁路由协议的仿真， 需麥注意的是， 控制平面星间链路的拓扑蜜新以及集中式路＿ 的计算均应在数据平面完成上一轮的链路通断爾鵞之后进行＾ 使得路由计算的链路拓扑输人能够反映最新的数据平顶链路通断状态，从而保证数据平面在进行新的路由更新衡，置时自身的链路状态已经突全稳定， 另外， 不同卫皇节点的路由更新面置可以＃ 发执行， 依赖前述的住务树机制实规高效的并发任务调度．５ 仿真系统性能评测５ ． １ 实验环境与评测方法我们基于７ １ ７５ 行Ｃ ＋ ＋ 代码实现了上述系统，并评测了系统在单机部着下的性能？ 我们使用一合ｘ ＆ｅ 物理主机作为部饔平合． 该主机包含主＇濒为３ ．  ４ Ｇ Ｈ ｚ、截：心数为４ 的ｉ ？一６ ７ ０ ０ 处理器和１ Ｓ ＧＢ的Ｄ Ｄ Ｒ３ Ｄ Ｒ Ａ Ｍ ， 支持８ 个硬件线程， 并运行内核版本号为４－ １ １ ０ 的Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 操作系统？ 仿真节点的容薇漬像基于Ｕ ｂ ｍｉ ｔ ｕ打包：， 突裝有ｉ ｐ ｒ ｏ ｕｆｅｓ＇２ 、ｉｐｅ ｒ ｆ、ｐ ｉ ｎ ｇ 等常用网络工具． 牲能评测以系统的内： ￥占用、Ｃ Ｐ Ｕ 占用和仿真耗时为主要指标， 其中内存占思与ＣＰ Ｕ 占用逋过Ｌ ｍ ｍｃ ｔｏ ｐ 工具测幕考虑到Ｃ Ｐ Ｕ 利甩率是瞬时值， 我们来，甩根据时间片取平均値齒方衝， 轉多夜ｔ ｏ ｐ 命令乘雜到的瞵？时値取亨均值作为ＣＰ Ｕ 利用率的结某． 实验中观察到， 当Ｃ Ｐ Ｕ 平均利用拿接近７ ０ ％ 时， 存在多个瞬时值接近１ 〇〇％ 的倩况． 因此我们把７ ０ ％ 的ＣＰ Ｕ 平均利用率定义为仿真系统计算资源饱和的阈值． 卫最墓座的实时拓扑＿ＳＴＫ 软件导坩． 包含了Ｌ ＥＯ ４ § 星座的拓扑变化情况． 链路的通断由Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 脚本控制，链路通断时间取决于系统性能和线程机制． 我们使甩有线链路的通断来模拟无线链路． 因此当前链路上不存在误码等情况． 系统目前主要用于仿真网络层及以上协议， 所以对物理息假设较为埋想？ 仿真链路带宽Ｋ 样取决于机器性能， 目前蓮Ｔ在当俞崔伴配置ｆ窗以賓＇现端到端１ ９ ０ Ｍ ｂ ｐ速學的打包测坑５ ． ２ 系统内存占用Ｓ， ２ ，  １ 仿真，点数对内存使用量的＇影响依寫贊点对内：赛： 的占用主要：体规＿Ｄ ｏ＾ ｅ ｒ 容器、Ｂ ｒｉ ｄ ｇ ｅ 和Ｖ Ｅ Ｔ Ｈ 上． 理论上， 仿真节点越多？ 洧耗内存越太， 且卫星节点比地面终端节点消耗更多存储空间Ｃ卫星节点相比地面节点额外包含１ 个Ｂｒｉ ｄ ｇ ｅ） ？ 实验分为卫垦节点和终端节点两组， 实验绩寒如爾１ １ 所示？ 实拿靖學显篆， １ ０ ０ 个卫星节点一共消耗４ ７ ３：ＭＢ＿ 存；１ ０ ０ 个终端节点一共渰耗３ ：９ ２ Ｍ Ｂ 内存请我意， 图１ １ 中曲线显示了整个操作系统和应用程序的内存消耗总和） ． 由此可知 ＞单个卫星节点和单个终端节点的＊存使苗Ｍ． 距刚好是１ 个Ｂｒｉｄ ｇｓ ＜ ：约为根摒率个仿■寫嘱錢５ Ｍ０＇的内奢占用讀推箅， 理论上， １ Ｓ ＧＢ 的内存空间最大能够装载３ ２ ７ ６ 个你真节点．潘恬等：一种基于容器凿概親：＆羅网聲渺议测试＿ ２幅２ ０４ ０６ ０８ ０１ ０ ０发包终端节点数Ｗ綱秦傘触ｆｃ对ａｗ 蠢毅娜响Ｓ＊  ３ ，  ：ｆ 摩緣程对ＣＰ Ｕ 利用率的影晌仿真系统通过多线程调度挖掘多梭Ｃ Ｐ Ｕ 的计算潜力． 我们分别在创寒卫星节点、删除卫星节点、创建卫星链路和删除卫星键路四种操作下， 评估多线涯：对ＣＰ Ｕ 利用率的影响， 前育组实验创建和删除了 １ Ｓ 个卫麗节点Ｉ 启两组实验创建和删除了 １ ０ ０ 条星闾链路？ 仿真系统基于多线■ 表成上述任务， 对应的Ｃ Ｐ Ｕ 利用率见图１ ５ ． 卖验结果鬼示， Ｃ Ｐ Ｕ 利用傘在工作线程数为Ｓ＇ 时最高且达到计算资源的饱和０２ ０４ ０６ ０８ ０１ ０ ０链路通断数图１ ３ 酿０＃ 链路通蔚魏影响作＊ Ｖ Ｅ Ｔ Ｈ 的创建和删除操作消耗更多的Ｃ Ｐ Ｕ ． 此外， 相比ＶＥ Ｔ Ｈ 辱Ｂｒ ｉｄｇ ｅ 之间的獬绑操作， Ｖ ＥＣＨ与Ｂｒｉ ｄ ｇ ｅ 之间的綁定操作消耗更多的Ｃ Ｐ Ｕ ．０， Ｓ，  ２ 流量吞吐率封Ｃ Ｐ Ｕ 利用串Ｉｔ泰垧灣链路上承＿更宵速率的网结流量时， ＣＰ Ｕ 利想率将会随之提高． 我们在实验中部箸了一定数量的发包终端， 并通过增加发包终端数１ 的方式实现网络中流暈总吞吐率的増大？ 我们按照终端发包速率不同将实黢分为四組， 每组发包鍵端数从０ 增謝到１？，秦１１结孅麗图Ｉ ４ ？ 实３１绪慕表明前三组的Ｃ Ｐ Ｕ 利用率随費濂量速率增加而不断上升． 例如親的Ｃ Ｐ Ｕ 利庸率从０ ％递增麗ｆｏ ％ ， 达到计算资源的饱和阈值， 第四组实验以发包终端数为ｌｉ 的ｉｔ为分箅点， ＣＰ Ｕ 利用率先潜后减． 鹰为１ ０ ０ Ｍｂ ｐ ｓ 时宿主机的Ｉ ／ Ｏ 代替计算资源成为了仿焉系统新的性能瓶颈， 同时也限制了流量灶理吞吐率进一步的提商－ 实驗结桌表明貧使用的主机能够承载的讀太Ｗ 络流量总＃吐率爾为１ ．  ｅ Ｇ ｂｐ ｓ ．星间链路星地騰ＱＱＱｇｏｇＰｉＯＧＱＯＯＯＯＣＧＯＯＱＣ ： ）１ １ ０２ ０ ４ ０６ ０仿真节点数８ ０ １ ０ ０图Ｕ＿贿占用障觀Ｖ卿＿ 離＿舉５ ． ２ ．  ２ 仿真链路数对内存使用量的影响星间链路的内存使用主資体现在链路两侧的Ｖ Ｅ Ｔ Ｈ 上？ 凰｜司链路数目越多， 内存使用数暈，越大？星地链路两侧天錢由于依赖仿寘节点维护． 不再占甩额外肉存， 图１ ２ 璩＿ 了 １ Ｓ 个卫星１５点和１ ０ ０ 个终端节点所构成的星间链路和屋地链路的内存便用情况？ 实验结果表朗， 内■存占用， 星间链路数呈芷相关， 且并没有随着崖地链路数的增加而＿ 显增长？ 此外， 内存使用着并木是严格随着遽间链路数目的増长而线性增加能与Ｖ ｅ ｔ ｈ Ｐｍ ｒ 实现有关） ？  １ ０ ０ 条星间链路共丑用约２ ０ ０ Ｍ Ｂ 内存， 也就是说每条星间链路约占２ Ｍ Ｂ 肉存． ＿ 此推算， １ ＆ ＧＢ 的金机内存埋论上最大可队承载８ １ ９ （ ３ 条＇星间链路．１  ｒ ？ Ａ Ａ０２ ０４ ０６ ０８ ０１ ０ ０仿真链赚图１ Ｂ 襄巍由存占用随傷寘＿路数＿ 象化餘美遽５ ． ３系统Ｃ ＰＵ 占用５ ． ３ ．  １ 链路通断对ＣＰ Ｕ 利甩率間影响星间链路的通断逋过Ｖ ＫｆＨ 的新建和删除实现， 麇地链路的通断通过Ｖ Ｅ ＴＨ 与Ｂ ｒ ｉ ｄｇ ｅ 之间的绑定和解绑实现＞ 我们分别测釁了星间链路连通、星间链路断开、星地链路连逋和星地链路断并对Ｃ Ｐ Ｕ利用率的影晌＿ ＿ Ｉ Ｓ 所示实验绪粜表明， 星间链路通断数的增大．导致Ｃ Ｐ Ｕ 利用率的上升＊ ４ ０ 条星间链路同时通断使计算资源达到饱和状态； 垦地链路的通断大約消耗初％ 的Ｃ Ｐ Ｕ 利用率， ＣＰ Ｕ 利用率不会随着通断数增大．发：生明显变化， 且星地链路断开的Ｃ Ｐ Ｕ 利用率通常小于连通时的利用率ｓ 由此可见． 相比Ｖ ＥＴ Ｈ 与Ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ 之间的绑定和解绑操？ １ ０ ０ ｋｂｐｓ？ １ ＭｂｐｓＶ １ ０Ｍｂ ｐｓ＋ １ ０ ０Ｍｂｐｓ９ 期０ｏｏｏｏｏｏｙｄｖｔｏｏ图０９８７６５４３２１—＾１％／齋＿ｎＰ ＨｏｕｏｏｏｏＵ５ｏ５ｏ５Ｃｆ６６５５４＾ｉｌｌ１１１ｒｏｏｏｏｏｏｏｏ５４３２％／齋醫ｓｏ２ ０ ４ ２ 计算机学报 ２ ０ ２ ２ 年ＩＩＨ— ｔ ｃ－１ ０ ０ ｍｓ －Ａ￣ ｔ ｃ －１ ０ ｍｓ －＋ 路由跳数０５ ０ ０１ ０ ０ ０１ ５ ０ ０２ ０ ０ ０２ ５ ０ ０３ ０ ０ ０３ ５ ０ ０ ４ ０ ０ ０仿真时间／ ｓ圓： １ ８ 动蠢ｉ ｆ ｊ 扑下鱗到耀时延（．ｔ ｃ ｌ ＿ ｍ ｓ ／ １ ０ ｒｆｌ８ ：｝ 和跳数５ ．  ５ ，  ２ 动态拓扑下的香包攀和吞Ｉｆｃ率图１ ９ ｆｉ示了低速率发包（ ３ ０ Ｍ ｂ ｐ ｓ ＞倩况下：５ 基于ｉ ｐ ｅ ｒ ￡发包工具测量得到的动态两络：拓扑下的丢包率和端到端吞吐率， 我们可以看到， 无论星座拓扑如何变化． 端到端的吞吐率总体较为稳定（ 即为ｉ ｐ ｅ ｒ ｆ 设定的发包速率＞ ？ 但在拓扑变化的瞬间， 由于路由计算过程存在一定的时延， 产生了一走的丢包情况．５ ． ５５ ．  Ｉ ＊化情况． 我们选取了涕（第一轨道第八颗星） 和ｓ ２ Ｓ（ 第四轨道第四颗星Ｊ 两颗玉＆作为路径的两端＞ 其中时延基于ｉ ｐ ｅ ｒ ｆ 发包工具测璧得到， 路由的跳数基于ｔｘ ａ ｃ ｅ ｒ ｏ ｕ ｔ ｅ 工具测量：得＇ 到． 考虑到真实链路存在传输时延以及卫星节点存在转发时延， 我们使用Ｌ ｉ ｎ ｏ ｘ 铋工具＾在路由器的出端０： 处犧拟了 ｌ 〇ｍ ｓ 和１ ０ ０ ｍ ｓ 两种逐跳时延的稽况， 可以看到， 随着卫星星座的拓扑变化和路由的童新计算， 两颗距离较远时卫星之间的路由跳数也呈现周期性的变化， 跳数的差别也直接反映在了端到端財延的动态变化上．创Ｍ星节点删除卫星节点创＊ 星麵删降卫星链路近， 而星地链路的连通耗时比断开耗时小， 且星间链路的通断时间远远大于星地链路的通断时间． 从数值上看． １ 条星间链路的通断时间大约是〇．  ２  ｓ ， 而１ ０ ０ 条應间链路的通断时间总共为１ ２ Ｊ ｓ？ 该时向远远：小于创建或删除１ ０ ０ 条Ｍ 问链路所耗费的时间．此外， 仿＊ 系统的多线程调度机制也将麗Ｉ旬链路通断所消耗的时间：缩短了 ３： ？ Ｋ ．０１ ０２ ０３ ０４ ０５ ０工作线雛图１ ５ 工作＿樣戆齒变化＃ｃｐｙ 叙翁觀緣响５ ． ４ 系统仿真耗时５＞  ４ ． １ 仿真节：点和链路的创建及删除耗时我们分别赚量了创建／ 删除卫星节点、创建／ 删除终端节点、创建／ 删除卫垦链路所花费的时向， 实１佥锖＃如＿ １ Ｓ ，所承．：禽艤绪渠显示虚拟化节處鍊餘路的创建与删除时间随仿真实例数鼋的？增多而逐渐增长， 且删除时间远低于创建时间， 其中卫星节点和卫星链路的创建时间最大？ 从数值上看４」建１ ０ ０ 条卫垦链路耗时Ｓ Ｏ ，  （ ３ ｓ ． 创建和删除１ 个卫星节点的耗时分别是ａ ， Ｓ ． Ｓ 和ａ ９ ｓ ， 而创＿ 和删除１ ０ ０ 个卫星节点的‘ 耗时分瑯暴？ Ｓ ．  ５： ｓ 和３Ｈｓ （ 并非Ｉ Ｓ Ｏ ｓ 和８ ０ ｓ ： ３ ．由此可见， 塞矛多＿程的仿高事件并发处理机制使创建和删除卫星节点的时间分别缩短了骆％ 和聞ｓ １ ０ ０  ０ ０ ０ｆｅ ８ ０  ０ ０ ０峯胃６ ０  ０ ０ ０薦 ４ ０  ０ ０ ０姻 ２ ０  ０ ０ ００２ ０４ ０６ ０８ ０１ ０ ０实例数量图访隹顧擎点＿ 齡路的＿纖：萬删除雜时５ ． ４ ． ２ 仿真链路的连逋及断：开耗时我们分别测：駕了仿真篆统中星间链路连通、星间链路断开、星地链路连通和星地链路断开四个场景所花费的时间， 每个场景中的链路数目从〇开始递增到１ ０ Ｑ：卖验结果见图＾ ７ ． 从卖＿结果中， 我们可以发现， 垦甸链路的连通耗时与断开耗时大致接阈值， 相比单线程增加了４ ５ Ｋ？ 当工作线程。数比宿主机硬件线程数小时， 由于多线裎提高了 Ｉ ／ Ｏ 任务的处理并发度， ＣＰ Ｕ 利用率随鼇工作线程数的增加而不断增长． 当工作线程。数达到并超过＇宿主机的硬件线程数之后， 工作线裎数的继续增加对Ｃ Ｐ Ｕ 利每率的羃晌并木日月显， 甚至出现了不升反降的现象．这是因为Ｉ／ Ｏ 成为此时系统的高正瓶颈， 且过多的线程切换也会带来额外的性能开销．动态拓扑下的网络性能１ 动态拓扑下的端到端时延和跳数图１ ８ 显示了＇动态拓扑下端到端时延和跳数的变蠢－ｆｌ漥７６５５ ０ １§／響２ｏＣＣ６４ｕｏｏｏｏｏ０７６５４３％／？－馨ｎ＆潘恬等：一种基于容器凿概親：＆羅网聲渺议测试＿ ２細Ａ 端到端丢包率＋ 端到端吞吐率Ａ 端到端丢包率＋ 端到端吞吐率Ａ 么０５ ０ ０１ ０ ０ ０１ ５ ０ ０２ ０ ０ ０２ ５ ０ ０３ ０ ０ ０３ ５ ０ ０４ ０ ０ ０仿真时间／ｓｒｔ ０２ 遨典ＱＳＥｆ 协议和改进〇Ｓ Ｐ Ｆ＾ＩＸ ＣＱＰ ＳＰＦ 协懷）？ｆｔ眞平脅上的路由收敎財闾讀比５ ． ６ 半实物仿真在全仿真环境中， 爵个卫墓节点之间的逋價基于筒单的Ｉ Ｐ 报文， 而在半实物仿真环境中＊ 半实物节所在的物理主机与其涂仿真网络卫星节点所在的物理主机之向的通信基于ＶＸ ＬＡＮ 协