基于网络处理器(Network Processor,简称NP)的高性能防火墙以其软硬结合的体系结构成为未来防火墙的发展方向.在这种防火墙设计中,网络处理器负责数据处理的任务,通用处理器负责控制和管理的任务,两类处理器通过PCI总线或交换结构进行通信、协同工作.为了实现这种紧耦合分布式系统的透明性和可扩展性,保障异构处理器间通信和防火墙2~7层处理的效率,需要解决如下两个问题:1.如何屏蔽和封装底层软硬件细节,提供抽象而规范的接口,对网络处理器平台进行有效的管理和控制;2.如何充分利用通信带宽和通用处理器的计算能力,提升系统整体的性能.在综合分析国内外相关成果的基础上,结合对Linux内核的研究,该文采用"虚拟设备"的方式对网络处理器平台进行了封装,并设计了一个层次式、基于共享内存式通信框架的虚拟设备驱动,较好地解决了上述问题.该文的主要研究工作包括:1.借鉴Linux内核网卡设备和字符设备驱动的基本原理,将具有复杂结构和功能的网络处理器平台抽象封装为具有防火墙功能的"智能网卡"和可跨总线访问的"字符设备",降低了上层处理和管理任务的复杂度;2.提出了一个虚拟设备驱动的三层结构设计,既减少了对操作系统和软件结构的改动、保证了可移植性,又减少了通信带来的开销;3.采用基于共享内存的通信队列管理机制,并实现了从通信队列到内核协议栈的"零拷贝",使得系统性能得到较大程度的优化.根据以上研究工作开发完成的虚拟设备驱动原型系统满足紧耦合分布式千兆防火墙的设计目标,在实际测试中达到设计的性能要求.