基于交換芯片的3級調(diào)度算法的研究與實現(xiàn)

張 蕾，戴錦友

(光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家實驗室烽火網(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，例如為報文分類和著色，對流量進(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現(xiàn)流量的管理，對于先來的報文可以進(jìn)行1級調(diào)度后，與后來的報文再次進(jìn)行2級調(diào)度處理，依次往下按自己需求進(jìn)行調(diào)度，使得出去的報文是最優(yōu)的，這就是層次化的調(diào)度方式。

1 3級調(diào)度的原理

第五代交換芯片支持3級調(diào)度，由S1，S2和S33個調(diào)度節(jié)點組成。S1調(diào)度節(jié)點有4個(S3.0～S3.3，MC-group)，S2調(diào)度節(jié)點有3個(S2.0～S2.2)，S1調(diào)度節(jié)點有1個。3級調(diào)度的意義在于前1個調(diào)度的輸出隊列可以作為下個節(jié)點的輸入隊列，在這種結(jié)構(gòu)中，S2/S3的輸出隊列可以作為S1調(diào)度節(jié)點的輸入。

下面來說明隊列和調(diào)度節(jié)點之間的映射關(guān)系:

1)10個單播隊列。4個單播UC隊列Q0～Q3用來映射到S3節(jié)點，Q4～Q7映射S2節(jié)點，或者Q0～Q7全部映射到S2節(jié)點。還有2個單播隊列UC直接映射到S1節(jié)點。

2)5個組播MC隊列。1個MC直接用來映射到S1節(jié)點，MC Q0～Q3全部映射到S3節(jié)點，或者這4個MC隊列組成1個MC Group映射到S1節(jié)點，如圖1所示。

圖1 1級調(diào)度結(jié)構(gòu)圖(軟件截圖)

因為交換芯片支持的是3級調(diào)度，所以寄存器的配置方式就與其他芯片不一樣，下面會具體分析每個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。

下面主要看看各個相關(guān)寄存器:

1)第1級調(diào)度S3節(jié)點相關(guān)的寄存器為S3_CONFIG，S2_S3_ROUTING和S3_COSWEIGHTS。

其中S3_CONFIG 用來配置 S3.0，S3.1，S3.2，S3.3 等4個節(jié)點的調(diào)度方式。字段SCHDULING_SLECTTf為8 bit，0 ～1 bit對應(yīng)的是 S3.0，2 ～3 bit對應(yīng)的是 S3.1，4～5 bit對應(yīng)的是 S3.2，5 ～6 bit對應(yīng)的是 S3.3，ROUTE_UC_TO_S2f的1個bit表示允許S3節(jié)點的單播隊列映射到S2節(jié)點。因此配置調(diào)度方式的時候應(yīng)該每個節(jié)點都應(yīng)該配置到，例如4個節(jié)點分別配置為SP優(yōu)先級調(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)點和S2節(jié)點隊列之間的映射關(guān)系，隊列0～3表示的是S3.0～S3.3映射的4個組播隊列，隊列4～7表示S3.0～S3.3映射過來的4個單播隊列UC0～UC3，隊列8～11表示的是單播隊列UC4～UC7。

當(dāng)配置好S3節(jié)點的調(diào)度模式為WRR，對應(yīng)隊列的權(quán)重寫入寄存器S3_COSWEIGHTS。

2)第2級調(diào)度S2節(jié)點相關(guān)的寄存器有S2_CONFIG，S2_COSWEIGHTS。類似地，S2_CONFIG是用來配置節(jié)點的調(diào)度模式。當(dāng)調(diào)度模式為WRR時，用S2_COSWEIGHTS來配置隊列權(quán)重。地址0～3是節(jié)點S3映射的4個組播隊列，地址4～7是S3節(jié)點映射的4個單播隊列UC3，地址8～11對應(yīng)的是單播隊列UC4～UC7。

3)第3級調(diào)度節(jié)點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級調(diào)度軟件實現(xiàn)

首先解決隊列優(yōu)先級映射關(guān)系的問題，通過在代碼的初始化部分增bcm_cosq_config_set函數(shù)完成隊列初始化映射關(guān)系，保證隊列0～7對應(yīng)的優(yōu)先級分別為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有，所以在初始化部分還應(yīng)該加上對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調(diào)度節(jié)點的初始化配置。

3 實驗仿真及分析

搭建環(huán)境:實驗用到儀表IXIA，6根光纖，在21槽位的上聯(lián)板選擇上聯(lián)端口XE55，XE56，XE57作為實驗端口，XE56，XE57發(fā)包，XE55收包;在儀表的 card1上選擇1，3，5，3個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 實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

萬兆口XE56，XE57發(fā)單播包，XE55收包。在出端口XE55配置節(jié)點狀態(tài)，值得注意的是，單播UC0～3只能映射到S3節(jié)點，UC4～7只能映射到S2節(jié)點。

1個單播UC優(yōu)先級為1映射到S3.1，故應(yīng)該在調(diào)度模式比特寫入0x04，1個單播UC優(yōu)先級為4映射到節(jié)點S2.0，相應(yīng)的比特值為1。在S3，S2，S1節(jié)點配置調(diào)度模式為RR，見圖3所示。

圖3 端口輪詢收到包(截圖)

2)實驗數(shù)據(jù)2:2個UC包→S2.0→S1

2個隊列優(yōu)先級為4和5，只能映射到S2節(jié)點。在S2，S1節(jié)點配置調(diào)度模式為WRR，權(quán)重比為1∶2。優(yōu)先級為4和5的隊列分別映射到S2節(jié)點隊列的8和9，見圖4所示。

圖4 端口收到包的比重為1∶2(截圖)

1個優(yōu)先級為1的組播包映射到在S3.1，1個優(yōu)先級為0的單播包映射到S3.0。S3，S2，S1節(jié)點配置調(diào)度模式為SP，見圖5所示。

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

圖5 端口收到優(yōu)先級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，軟件實現(xiàn)以及其仿真實現(xiàn)結(jié)果。仿真結(jié)果顯示:對單播組播包，每級調(diào)度節(jié)點采用不同的調(diào)度算法，最后都能實現(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現(xiàn)流量的管理。

［1］CHETTO H，CHETTO M.Some results of earliest deadline scheduling algorithm［J］.IEEE Trans.Software Engineering，1989，15(10):1261－1269.

［2］RFC 2212，Specification of guaranteed quality of service［S］.1997.

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［4］劉勤讓，鄔江興.Internet中QoS的分析理論探討［J］.計算機(jī)科學(xué)，2005，32(4):1－3.

［5］劉韻潔，張云勇，張智江.下一代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.