基于軟件的并行處理中的包有序調(diào)度的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于軟件的并行處理中的包有序調(diào)度的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案交叉申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年12月28日遞交的發(fā)明名稱(chēng)為“基于軟件的并行處理中的包有序調(diào)度的方法(Methods for Packet Scheduling with Order in Software-BasedParallel Processing) ”的第13/730,319號(hào)美國(guó)專(zhuān)利在先申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)，該在先申請(qǐng)的內(nèi)容以引入的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)，以及在特定實(shí)施例中，涉及基于軟件的并行處理中的包有序調(diào)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]多核處理器是集成了兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的處理單元或“內(nèi)核”的單個(gè)計(jì)算部件(例如，中央處理單元(CPU))。內(nèi)核是用于讀取和執(zhí)行軟件指令的部件，例如，添加或移動(dòng)數(shù)據(jù)的指令。多核處理器可同時(shí)運(yùn)行或執(zhí)行多個(gè)指令(即，并行處理)，因此提高了在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行應(yīng)用的整體速度。通常，多核被集成到單個(gè)集成電路中。多核處理器早已普遍運(yùn)用于服務(wù)器、臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本電腦中，但最近才應(yīng)用于路由器、交換機(jī)和負(fù)責(zé)在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)包的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。然而，路由器和類(lèi)似設(shè)備的要求和目的與服務(wù)器等的要求和目的不同，這對(duì)并行處理提出了額外的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種在網(wǎng)絡(luò)單元中由第一內(nèi)核實(shí)現(xiàn)并行處理的方法，包括:若入口隊(duì)列未被其它內(nèi)核鎖定，鎖定所述入口隊(duì)列；當(dāng)所述入口隊(duì)列被其它內(nèi)核鎖定時(shí)，從多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的第一子集中搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列，其中，所述第一子集與所述多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的第二子集不同，且第二內(nèi)核從所述第二子集開(kāi)始搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列；當(dāng)任務(wù)隊(duì)列的第一默認(rèn)子集中的所有任務(wù)隊(duì)列均被鎖定，且所述入口隊(duì)列也被鎖定時(shí)，從所述多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的剩余隊(duì)列中搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種并行處理的網(wǎng)絡(luò)單元，包括:多個(gè)內(nèi)核和與所述多個(gè)內(nèi)核耦合的存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)器包括多個(gè)入口隊(duì)列、多個(gè)任務(wù)隊(duì)列，以及順序隊(duì)列，其中:所有內(nèi)核均可訪(fǎng)問(wèn)任意入口隊(duì)列、任務(wù)隊(duì)列以及順序隊(duì)列；通過(guò)配置內(nèi)核使得:當(dāng)一個(gè)內(nèi)核或內(nèi)核子集鎖定所述入口隊(duì)列時(shí)，其它內(nèi)核搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列，其中，每個(gè)內(nèi)核與任務(wù)隊(duì)列的子集關(guān)聯(lián)，并從所述子集開(kāi)始搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列，而且針對(duì)至少兩個(gè)內(nèi)核的子集是不同的。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種網(wǎng)絡(luò)單元中的可由多核內(nèi)核執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲(chǔ)在非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令由所述內(nèi)核執(zhí)行時(shí)，使得所述網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行如下操作:若入口隊(duì)列未被其它內(nèi)核鎖定，第一內(nèi)核鎖定所述入口隊(duì)列；當(dāng)所述入口隊(duì)列被其它內(nèi)核鎖定時(shí)，其它可用的第一內(nèi)核從多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的第一默認(rèn)子集中搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列，其中，所述第一子集與所述多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的第二默認(rèn)子集不同，且第二內(nèi)核從所述第二默認(rèn)子集開(kāi)始搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列；當(dāng)任務(wù)隊(duì)列的第一默認(rèn)子集中的所有任務(wù)隊(duì)列均被鎖定，且所述入口隊(duì)列也被鎖定時(shí)，所述第一內(nèi)核從所述多個(gè)任務(wù)隊(duì)列的剩余隊(duì)列中搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列。
[0008]以下結(jié)合附圖和權(quán)利要求對(duì)以上以及其他特征做更清晰明了的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更透徹地理解本發(fā)明，現(xiàn)參閱結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】而描述的以下簡(jiǎn)要說(shuō)明，其中的相同參考標(biāo)號(hào)表不相同部分。
[0010]圖1為網(wǎng)絡(luò)單元的公開(kāi)的實(shí)施例示意圖，所述網(wǎng)絡(luò)單元可以是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送和處理數(shù)據(jù)的任何設(shè)備；
[0011]圖2為公開(kāi)的實(shí)施例提供的在多核處理器中進(jìn)行并行處理的系統(tǒng)示意圖；
[0012]圖3A和3B示出了公開(kāi)的實(shí)施例提供的在多核處理器中進(jìn)行并行處理的方法流程圖；
[0013]圖4示出了適合實(shí)現(xiàn)此處公開(kāi)的部件的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的典型和通用的網(wǎng)絡(luò)部件。
【具體實(shí)施方式】
[0014]首先應(yīng)理解，盡管下文提供一項(xiàng)或多項(xiàng)實(shí)施例的說(shuō)明性實(shí)施方案，但所公開(kāi)的系統(tǒng)和/或方法可使用任何數(shù)目的技術(shù)來(lái)實(shí)施，無(wú)論該技術(shù)是當(dāng)前已知還是存在的。本發(fā)明決不應(yīng)限于下文所說(shuō)明的說(shuō)明性實(shí)施方案、附圖和技術(shù)，包括本文所說(shuō)明并描述的示例性設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，而是可在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍以及其等效物的完整范圍內(nèi)修改。
[0015]對(duì)于現(xiàn)在的CPU，一個(gè)CPU中可有2至32個(gè)內(nèi)核。然而，產(chǎn)業(yè)繼續(xù)推進(jìn)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU上配有更多內(nèi)核。隨著多核中央處理單元(CPUs)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，并行處理普遍存在于服務(wù)器/計(jì)算市場(chǎng)中，且在實(shí)現(xiàn)包調(diào)度和處理的路由器/交換機(jī)中也越來(lái)越普遍。然而，由于可能存在大量的內(nèi)存共享和緩存線(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)有的包調(diào)度器要么使用為少量?jī)?nèi)核(其性能有限)設(shè)計(jì)的集中式模型，要么依賴(lài)硬件。很多現(xiàn)有的并行處理方法關(guān)注集中式模型或分布式模型。通常，分布式模型可隨處理單元(例如，CPU/內(nèi)核)的數(shù)量伸縮。然而，需為包和事務(wù)處理等任務(wù)保持順序。根據(jù)阿姆達(dá)爾定律，在并行處理中實(shí)施任務(wù)執(zhí)行的順序可能具有很大的挑戰(zhàn)性，尤其是在分布式模型中。大多數(shù)(若非所有)已有的方案會(huì)導(dǎo)致序列化執(zhí)行，且可能導(dǎo)致性能差。
[0016]公開(kāi)的方法、裝置和系統(tǒng)是當(dāng)保持任務(wù)順序和提供較佳的性能(例如，15兆包/秒(Mpps))時(shí)，將任務(wù)基本上均等地分配給處理單元。為了避免內(nèi)核之間對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)，并在實(shí)質(zhì)上最大化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中所有內(nèi)核的利用率，公開(kāi)的系統(tǒng)提供了指示處理器如何選擇待執(zhí)行的功能的規(guī)則。所有內(nèi)核都可以鎖定并輪詢(xún)來(lái)自入口隊(duì)列的任務(wù)，但在給定的時(shí)間點(diǎn)只有一個(gè)內(nèi)核可鎖定入口隊(duì)列。當(dāng)入口隊(duì)列被一個(gè)內(nèi)核鎖定時(shí)，其它內(nèi)核可轉(zhuǎn)向?qū)Χ鄠€(gè)任務(wù)隊(duì)列中的一個(gè)任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行鎖定和輪詢(xún)。任意內(nèi)核可鎖定和輪詢(xún)?nèi)我馊蝿?wù)隊(duì)列。然而，可為每個(gè)內(nèi)核分配任務(wù)隊(duì)列的一個(gè)不同子集，以開(kāi)始搜索未鎖定的任務(wù)隊(duì)列。這可能會(huì)減少內(nèi)核之間的競(jìng)爭(zhēng)。盡管可能仍會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，但與其它方法相比，內(nèi)核之間的競(jìng)爭(zhēng)率會(huì)低得多且是可控制的。如果內(nèi)核的指定任務(wù)隊(duì)列子集中的所有任務(wù)隊(duì)列被其它內(nèi)核鎖定，則內(nèi)核可試圖從剩下的任務(wù)隊(duì)列尋找到未鎖定的任務(wù)隊(duì)列，因此保證了內(nèi)核不會(huì)空閑，且本質(zhì)上對(duì)處理資源進(jìn)行了最優(yōu)化。如果所有的任務(wù)隊(duì)列均被鎖定(即使有可能，這也很少發(fā)生)，內(nèi)核可再次重復(fù)檢查相同的入口隊(duì)列/任務(wù)隊(duì)列。
[0017]圖1為網(wǎng)絡(luò)單元100的實(shí)施例示意圖，所述網(wǎng)絡(luò)單元100可以是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送和處理數(shù)據(jù)的任何設(shè)備。所述網(wǎng)絡(luò)單元100可包括與接收器(Rx) 112耦合的一個(gè)或多個(gè)入端口或單元110，其中，所述接收器112用于從其它網(wǎng)絡(luò)部件接收信號(hào)和幀/數(shù)據(jù)。所述網(wǎng)絡(luò)單元100可包括邏輯單元120，用于確定向哪些網(wǎng)絡(luò)部件發(fā)送數(shù)據(jù)?？梢允褂糜布?、軟件或二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)所述邏輯單元120。所述邏輯單元120可包括多個(gè)中央處理單元(CPUs)或內(nèi)核122 (此處也可稱(chēng)為“處理器”)。所述多個(gè)內(nèi)核122可包括多個(gè)單獨(dú)的芯片，或者可包括配有多個(gè)內(nèi)核的單個(gè)芯片。所述邏輯單元120還可包括包調(diào)度器124、入口隊(duì)列126、任務(wù)隊(duì)列127和順序隊(duì)列128?？梢允褂糜布④浖蚨呓Y(jié)合實(shí)現(xiàn)所述包調(diào)度器124。為了減少所述內(nèi)核122之間的競(jìng)爭(zhēng)，可動(dòng)態(tài)改變所述包調(diào)度器124，以改變所述內(nèi)核122訪(fǎng)問(wèn)所述入口隊(duì)列126、所述任務(wù)隊(duì)列127和所述順序隊(duì)列128的方式。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)核124試圖鎖定/更新同一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)核122之間會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。內(nèi)核122之間的競(jìng)爭(zhēng)可能大幅降低所述網(wǎng)絡(luò)單元100的性能。所述入口隊(duì)列126可包括多個(gè)入口包。所述任務(wù)隊(duì)列127可包括多個(gè)任務(wù)隊(duì)列，其中，每個(gè)任務(wù)隊(duì)列與O到多個(gè)不同任務(wù)對(duì)應(yīng)。所述順序隊(duì)列128可包括任務(wù)，其中所述任務(wù)可按照其在所述順序隊(duì)列128中的出現(xiàn)順序進(jìn)行處理。在存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，每個(gè)所述入口隊(duì)列126、每個(gè)所述任務(wù)隊(duì)列127以及順序隊(duì)列128可包括先進(jìn)先出(FIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所述網(wǎng)絡(luò)單元100還可包括與發(fā)射器(Tx) 132耦合的一個(gè)或多個(gè)出端口或單元130，其中，所述發(fā)射器132用于向其它網(wǎng)絡(luò)部件傳輸信號(hào)、數(shù)據(jù)包以及幀/數(shù)據(jù)。所述網(wǎng)絡(luò)單元100的部件可按照?qǐng)D1所示進(jìn)行部署，或者可根據(jù)其它實(shí)施例進(jìn)行配置。
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