龙蜥白皮书精选：面向 HTTP 3.0 时代的高性能网络协议栈-阿里云开发者社区

龙蜥白皮书精选：面向 HTTP 3.0 时代的高性能网络协议栈

2023-06-30 400

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简介： ExpressUDP 利用龙蜥 OS 在业界首次实现了 virtio_net 的发送方向的零拷贝。

文/高性能网络 SIG

01 背景概述

随着互联网特别是移动互联网的快速发展，对互联网通信协议提出了新的诉求。经过多年的发展，QUIC 协议在 2021 年正式被 IEFT 标准化，成为 HTTP 3 的标准传输层协议。QUIC 是基于 UDP 实现的面向连接可靠有序的传输协议。相比于 TCP 在内核态实现，QUIC 基于 UDP 在用户态实现大大降低了部署成本，并且可将拥塞控制算法/参数调控到连接的粒度，灵活适应不同业务场景的网络需求。此外，QUIC 还具备多路复用 /0-RTT 握手/连接迁移等多种优点。

02 轻量、高性能、标准化的 HTTP 3.0 解决方案：XQUIC + ExpressUDP

XQUIC 是一个轻量、高性能、标准化的跨平台 IETF QUIC 协议库，内部包含了 QUIC-Transport（传输层）、QUIC-TLS（加密层、与 TLS/1.3对接）和HTTP/3.0（应用层）的实现，为应用提供可靠、安全、高效的数据传输功能，在 IETF 开发者社区进行了比较充分的互通性验证，支持 Linux/Android/iOS/Mac/Windows 等平台，在 Android/iOS 双端的编译产物均小于 400KB，适用于需要高性能但同时又对包大小敏感的移动端 APP 场景，可以方便地部署到移动设备和各种嵌入式设备中。在服务端方面，基于阿里内部广泛使用的Tengine，开发了 ngx_xquic_module 和 ngx_xudp_module 模块用于适配 Tengine 服务端。

XQUIC 还添加了对多路径传输的能力支持，可以同时利用 cellular 和 wifi 双通道进行数据传输。多路径 QUIC 草案已经被 IETF 工作组正式接收纳入标准，我们与达摩院 XG 实验室共同研发的 XLINK 多路传输技术，相关论文「XLINK：QoE-driven multi-path QUIC transport in large-scale video services」已经发表在网络顶会 SIGCOMM 2021 上。

ExpressUDP 是一个基于 Linux XDP Socket 和 XDP 实现的高性能用户态 UDP 通信库。利用 XDP 和 XDP Socket 封装了一套高性能 UDP 通信接口，为应用提供了一种高性能 UDP 通信编程框架。可以为高 PPS UDP 通信场景带来显著的网络性能提升。ExpressUDP 具有与软件结合简单，不影响软件本身框架的特点，具备高吞吐，低延时，开发方便，部署简单等优点。利用龙蜥 OS 在业界首次实现了 virtio_net 的发送方向的零拷贝，UDP PPS 相比非零拷贝提升 4 倍，相比普通内核 UDP 提升 7 倍以上，接收方向相比内核 UDP 提升 3 倍以上。

03 应用场景

XQUIC 已经在手淘 Android/iOS 双端正式版本，XQUIC + ExpressUDP 已经在阿里巴巴集团统一接入网关大规模应用。在 RPC 请求场景降低网络耗时 15%，在短视频场景下降低 20% 卡顿率，在上传场景提升 25% 上传速率（相对于TCP）。在服务器端性能上，经过 ExpressUDP 适配改造，E2E QUIC 性能提升了 30%~50%。