基于交換芯片的3級(jí)調(diào)度算法的研究與實(shí)現(xiàn)

張 蕾，戴錦友

(光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室烽火網(wǎng)絡(luò)有限公司，武漢 430074)

隨著網(wǎng)絡(luò)上新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量也提出了更新的要求。QoS旨在針對(duì)各種應(yīng)用的不同需求，為其提供不同的服務(wù)質(zhì)量，例如為報(bào)文分類和著色，對(duì)流量進(jìn)行管理和避免網(wǎng)絡(luò)擁塞等功能，層次化的調(diào)度方式更能靈活地實(shí)現(xiàn)流量的管理，對(duì)于先來(lái)的報(bào)文可以進(jìn)行1級(jí)調(diào)度后，與后來(lái)的報(bào)文再次進(jìn)行2級(jí)調(diào)度處理，依次往下按自己需求進(jìn)行調(diào)度，使得出去的報(bào)文是最優(yōu)的，這就是層次化的調(diào)度方式。

1 3級(jí)調(diào)度的原理

第五代交換芯片支持3級(jí)調(diào)度，由S1，S2和S33個(gè)調(diào)度節(jié)點(diǎn)組成。S1調(diào)度節(jié)點(diǎn)有4個(gè)(S3.0～S3.3，MC-group)，S2調(diào)度節(jié)點(diǎn)有3個(gè)(S2.0～S2.2)，S1調(diào)度節(jié)點(diǎn)有1個(gè)。3級(jí)調(diào)度的意義在于前1個(gè)調(diào)度的輸出隊(duì)列可以作為下個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入隊(duì)列，在這種結(jié)構(gòu)中，S2/S3的輸出隊(duì)列可以作為S1調(diào)度節(jié)點(diǎn)的輸入。

下面來(lái)說(shuō)明隊(duì)列和調(diào)度節(jié)點(diǎn)之間的映射關(guān)系:

1)10個(gè)單播隊(duì)列。4個(gè)單播UC隊(duì)列Q0～Q3用來(lái)映射到S3節(jié)點(diǎn)，Q4～Q7映射S2節(jié)點(diǎn)，或者Q0～Q7全部映射到S2節(jié)點(diǎn)。還有2個(gè)單播隊(duì)列UC直接映射到S1節(jié)點(diǎn)。

2)5個(gè)組播MC隊(duì)列。1個(gè)MC直接用來(lái)映射到S1節(jié)點(diǎn)，MC Q0～Q3全部映射到S3節(jié)點(diǎn)，或者這4個(gè)MC隊(duì)列組成1個(gè)MC Group映射到S1節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 1級(jí)調(diào)度結(jié)構(gòu)圖(軟件截圖)

因?yàn)榻粨Q芯片支持的是3級(jí)調(diào)度，所以寄存器的配置方式就與其他芯片不一樣，下面會(huì)具體分析每個(gè)寄存器的值如何寫入。但是與其他芯片一樣，同樣支持SP，RR，WRR，WERR這4種調(diào)度算法。

下面主要看看各個(gè)相關(guān)寄存器:

1)第1級(jí)調(diào)度S3節(jié)點(diǎn)相關(guān)的寄存器為S3_CONFIG，S2_S3_ROUTING和S3_COSWEIGHTS。

其中S3_CONFIG 用來(lái)配置 S3.0，S3.1，S3.2，S3.3 等4個(gè)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方式。字段SCHDULING_SLECTTf為8 bit，0 ～1 bit對(duì)應(yīng)的是 S3.0，2 ～3 bit對(duì)應(yīng)的是 S3.1，4～5 bit對(duì)應(yīng)的是 S3.2，5 ～6 bit對(duì)應(yīng)的是 S3.3，ROUTE_UC_TO_S2f的1個(gè)bit表示允許S3節(jié)點(diǎn)的單播隊(duì)列映射到S2節(jié)點(diǎn)。因此配置調(diào)度方式的時(shí)候應(yīng)該每個(gè)節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該配置到，例如4個(gè)節(jié)點(diǎn)分別配置為SP優(yōu)先級(jí)調(diào)度，故寫入寄存器的值應(yīng)該為0x10。

S2_S3_ROUTING寄存器是表示S3節(jié)點(diǎn)和S2節(jié)點(diǎn)隊(duì)列之間的映射關(guān)系，隊(duì)列0～3表示的是S3.0～S3.3映射的4個(gè)組播隊(duì)列，隊(duì)列4～7表示S3.0～S3.3映射過(guò)來(lái)的4個(gè)單播隊(duì)列UC0～UC3，隊(duì)列8～11表示的是單播隊(duì)列UC4～UC7。

當(dāng)配置好S3節(jié)點(diǎn)的調(diào)度模式為WRR，對(duì)應(yīng)隊(duì)列的權(quán)重寫入寄存器S3_COSWEIGHTS。

2)第2級(jí)調(diào)度S2節(jié)點(diǎn)相關(guān)的寄存器有S2_CONFIG，S2_COSWEIGHTS。類似地，S2_CONFIG是用來(lái)配置節(jié)點(diǎn)的調(diào)度模式。當(dāng)調(diào)度模式為WRR時(shí)，用S2_COSWEIGHTS來(lái)配置隊(duì)列權(quán)重。地址0～3是節(jié)點(diǎn)S3映射的4個(gè)組播隊(duì)列，地址4～7是S3節(jié)點(diǎn)映射的4個(gè)單播隊(duì)列UC3，地址8～11對(duì)應(yīng)的是單播隊(duì)列UC4～UC7。

3)第3級(jí)調(diào)度節(jié)點(diǎn)S1相關(guān)寄存器:調(diào)度模式寄存器ESCONFIG和配置權(quán)重COSWEIGHTS。

2 3級(jí)調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)

首先解決隊(duì)列優(yōu)先級(jí)映射關(guān)系的問(wèn)題，通過(guò)在代碼的初始化部分增bcm_cosq_config_set函數(shù)完成隊(duì)列初始化映射關(guān)系，保證隊(duì)列0～7對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)分別為0～7。

bcm_cosq_config_set(uint，8);

當(dāng)然，在初始化部分關(guān)于S2，S3寄存器的初始化也沒(méi)有，所以在初始化部分還應(yīng)該加上對(duì)寄存器初始化的部分，S2.0和S3配置為RR調(diào)度模式，值分別為0x15和0x55，S2.1，S2.2初始化的時(shí)候不用到，所以值為0x1F。

rval0－0;

soc_reg_filed_set(uint，s3_configr，＆rval0，scheduling_selectf，0x55);

rval0－1;

soc_reg_filed_set(uint，s2_configr，＆rval1，scheduling_selectf，0x15);

/*S3.0－S3.3 and unitcast queues 4－7 to S2.0*/

COMPOLER_64_ZERO(r64val0);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I0f，0);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I1f，1);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I2f，2);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I3f，3);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I4f，8);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I5f，9);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I6f，10);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I7f，11);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆ r64val0，s3_GROUP_NO_I8f，0x1f);

COMPOLER_64_ZERO(r64val1);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I0f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I1f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I2f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I3f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I4f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I5f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I6f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I7f，0x1f);

soc_reg_filed_set(uint，s2_s3_ROUTINGr，＆r64val1，s3_GROUP_NO_I8f，0x1f);

用以上代碼完成了對(duì)調(diào)度節(jié)點(diǎn)的初始化配置。

3 實(shí)驗(yàn)仿真及分析

搭建環(huán)境:實(shí)驗(yàn)用到儀表IXIA，6根光纖，在21槽位的上聯(lián)板選擇上聯(lián)端口XE55，XE56，XE57作為實(shí)驗(yàn)端口，XE56，XE57發(fā)包，XE55收包;在儀表的 card1上選擇1，3，5，3個(gè)端口分別用光纖與設(shè)備端口相連。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

萬(wàn)兆口XE56，XE57發(fā)單播包，XE55收包。在出端口XE55配置節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，值得注意的是，單播UC0～3只能映射到S3節(jié)點(diǎn)，UC4～7只能映射到S2節(jié)點(diǎn)。

1個(gè)單播UC優(yōu)先級(jí)為1映射到S3.1，故應(yīng)該在調(diào)度模式比特寫入0x04，1個(gè)單播UC優(yōu)先級(jí)為4映射到節(jié)點(diǎn)S2.0，相應(yīng)的比特值為1。在S3，S2，S1節(jié)點(diǎn)配置調(diào)度模式為RR，見(jiàn)圖3所示。

圖3 端口輪詢收到包(截圖)

2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2:2個(gè)UC包→S2.0→S1

2個(gè)隊(duì)列優(yōu)先級(jí)為4和5，只能映射到S2節(jié)點(diǎn)。在S2，S1節(jié)點(diǎn)配置調(diào)度模式為WRR，權(quán)重比為1∶2。優(yōu)先級(jí)為4和5的隊(duì)列分別映射到S2節(jié)點(diǎn)隊(duì)列的8和9，見(jiàn)圖4所示。

圖4 端口收到包的比重為1∶2(截圖)

1個(gè)優(yōu)先級(jí)為1的組播包映射到在S3.1，1個(gè)優(yōu)先級(jí)為0的單播包映射到S3.0。S3，S2，S1節(jié)點(diǎn)配置調(diào)度模式為SP，見(jiàn)圖5所示。

從以上實(shí)驗(yàn)可以看出多級(jí)調(diào)度支持單播隊(duì)列，組播隊(duì)列以及單播和組播的混合隊(duì)列調(diào)度，調(diào)度方式靈活。每級(jí)調(diào)度可以采用不同的調(diào)度算法，調(diào)度級(jí)數(shù)也靈活多變，可以根據(jù)隊(duì)列需求選擇調(diào)度級(jí)數(shù)，也就是說(shuō)多級(jí)調(diào)度也支持單級(jí)調(diào)度的模式。

圖5 端口收到優(yōu)先級(jí)1的組播包(截圖)

4 小結(jié)

本文基于第五代BCM交換芯片，分析了層次化調(diào)度方式的原理，軟件實(shí)現(xiàn)以及其仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果。仿真結(jié)果顯示:對(duì)單播組播包，每級(jí)調(diào)度節(jié)點(diǎn)采用不同的調(diào)度算法，最后都能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先包的輸出。這種層次化的調(diào)度方式可更靈活地實(shí)現(xiàn)流量的管理。

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