CN101217499B - 队列调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种队列调度方法，涉及队列调度技术，为解决目前多队列融合时队列调度不合理而提出，所采用的技术方案为：A、为数据包队列配置参数，从而确定出所述队列的调度模式；B、提取数据包的特征，根据所述特征确定所述数据包所属队列的属性，将所述数据包归入与所述队列属性对应的队列，根据优先级将所述队列置入活动队列链表中；C、根据队列属性及队列优先级为所述活动队列链表中各队列分配资源，按所分配资源进行队列调度。本发明充分考虑了各种应用场景，因此能较好地融合多种调度算法，在实现时省却了各调度算法中相同的程序代码，开发及维护较方便。
Description
技术领域
本发明涉及队列调度技术，尤其涉及一种基于赤字加权轮询(DWRR，Deficit Weighted Round Robin)、严格优先级(SP，Strict Priority)的混合队列调度方法。
背景技术
现有的IP网络提供Internet、Intranet和Extranet连接，随着网络技术的发展，IP网络所提供的业务种类也在不断增加，这些业务包括聚集业务、传输业务和话音业务，其中，聚集业务通过接入服务器如窄带接入服务器、宽带接入服务器等聚集非持久连接用户的业务流，送至Internet接入提供商或Internet内容提供商。传输业务在IP网络的持久连接用户之间传输业务或将他们的业务传给与Internet直接相连的站点。话音业务有如呼叫等待、业务群IP和网络电话(VoIP，Voice over Internet Protocol)等。
目前的IP网络技术是第四版本的IP协议(IPv4)技术，其提供的业务是尽力而为的数据业务，没有对业务进行分类，所有业务没有区别地公平共享网络资源，只是通过提供充足的网络资源保证一定的服务质量(QoS，Quality ofService)。
而实际的IP网络中，各业务对于延迟、丢包率、抖动的要求并不相同，使得现有IP网络“尽力而为”的工作特性已经无法满足这些应用业务的需要。为了解决这一矛盾，IPQoS技术应运而生。IPQoS旨在通过给予控制网络资源的使用方法，来保证区分式的网络服务。IPQoS通过资源分配、路由、交换、分组调度以及分组丢弃等方法，从而实现数据报文的区分服务。
其中，分组调度是IPQoS中的重要一环。它基于队列和优先级的思想，将 不同报文(数据包)进行优先级区分。不同优先级的报文进入不同级别的队列中。然后，在这些队列中运行一定的调度算法，从而决定哪个或哪些队列中的报文优先处理、哪个或哪些队列中的报文被滞后处理或丢弃。
目前，业界提出的分组调度算法很多，如SP算法，其是先将报文按优先级入队，然后先发送最高优先级队列的报文，等最高优先级队列中的报文发送完毕后，再发送次优先级队列中的报文。而DWRR算法是加权循环算法的一种改进，是一种带有加权性质的算法，根据队列的优先级确定队列的权重，并按权重为待队列分配相应的资源进行数据调度。
现有具备QoS队列调度方法，往往根据用户需要和实际工作场景提供多种队列调度算法，如SP调度和加权循环调度的混合调度等。多类型调度队列存在时，目前系统是根据队列类型维护多套算法，以一一实现各类型调度的需要，这不仅增加了运作维护成本，而且，多套算法共存下的调度融合性并不好，从而造成调度紊乱。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种队列调度方法，能融合多种调度算法，维护成本低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种队列调度方法，包括：
A、为数据包队列配置参数，从而确定出所述队列的调度模式；
B、提取数据包的特征，根据所述特征确定所述数据包所属队列的属性，将所述数据包归入与所述队列属性对应的队列，根据优先级将所述队列置入活动队列链表中；
C、根据队列属性及队列优先级为所述活动队列链表中各队列分配资源，按所分配资源进行队列调度。
优选地，所述队列的配置参数包括：队列总数目、队列属性标识、队列存储数据包的上限、各队列优先级、队列权重、队列使能状态以及队列所对应数 据包特征。
优选地，所述队列属性标识具体为：赤字加权轮询DWRR队列标识、严格优先级SP队列标识。
优选地，所述数据包的特征包括：数据包的MAC地址、虚拟局域网ID、虚拟局域网优先级、源或目的IP地址、源或目的端口信息以及协议类型。
优选地，步骤B具体为：
B1、根据所述数据包协议类型确定所述数据包所属队列的属性标识，并根据所述数据包的参数特征确定所述数据包的优先级，从而确定所述数据包应归入的队列；
B2、判断所述应归入的队列是否被禁止，若是则丢弃所述数据包，若否则判断所述队列是否达到存储上限，若达到存储上限，则丢弃所述数据包，若未达到存储上限，将所述数据包归入所述队列中。
优选地，步骤B2还包括：
判断所述队列是否为首次接收到数据包，若是则根据优先级将所述队列置入活动队列链表中，并对所述活动队列链表中的队列按优先级重新排序。
优选地，步骤B2还包括：
若所述应归入的队列为赤字加权轮询队列，归入所述队列之前还包括判断所述队列的权重是否为0，若为0则丢弃所述数据包。
优选地，步骤C具体为：
C1、获取所述活动队列链表中优先级最高的节点队列，判断所述优先级最高的队列是否为严格优先级队列，若是则将当前可分配的带宽资源全部分配给所述严格优先级队列，否则将当前带宽资源按权重比例分配给赤字加权轮询队列；
C2、根据所述队列所分配的带宽资源，获取队列中的第一个数据包，根据所述第一个数据包的大小为其分配相应的带宽资源，有剩余带宽资源时继续分配给本队列中的下一个数据包；
C3、队列中一个数据包发送完毕后，判断所述队列是否还有剩余数据包， 若有则将分配给所述发送完毕数据包的带宽资源分配给下一个数据包，若队列中无数据包则即返回步骤C1，将所述带宽资源进行重新分配。
本发明根据应用场景的不同，为队列配置相应的参数，根据配置参数确定队列的调度模式，再根据各数据包的参数特征确定数据包的优先级，从而确定数据包应归入的队列；将各队列置入到活动队列链表中，再根据活动队列链表中的队列状况为这些队列分配带宽资源，按所分配资源对队列中数据包进行调度。本发明在融合了多调度算法的基础上实现了较优的数据包调度，并且，本发明充分考虑了各种应用场景，因此能较好地融合多种调度算法，在实现时省却了各调度算法中相同的程序代码，开发及维护较方便。
附图说明
图1为本发明队列调度方法的流程图；
图2为本发明数据包归入队列的流程图；
图3为本发明数据包队列调度的流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：目前的IP网络各节点中，往往需要多种调度算法才能实现业务的QoS，而对于调度算法的支持，基本上是单独支持的状况，调度实现的整体性不佳，往往存在紊乱的状况。本发明针对上述问题，为队列配置相应的参数，根据配置参数确定队列的调度模式，再根据各数据包的参数特征确定数据包的优先级，从而确定数据包应归入的队列；将各队列置入到活动队列链表中，再根据活动队列链表中的队列属性为这些队列分配带宽资源，按所分配资源对队列中数据包进行调度。本发明在融合了多调度算法的基础上实现了较优的数据包调度，并且，本发明充分考虑了各种应用场景，因此能较好地融合多种调度算法，在实现时省却了各调度算法中相同的程序代码，开发及维护较方便。以下结合附图对本发明进行详细描述。
图1为本发明队列调度方法的流程图，如图1所示，本发明队列调度方法 包括以下步骤：
步骤101：为数据包队列配置参数，确定出所述队列的调度模式。根据系统的具体应用场景，配置队列参数，根据队列配置参数确定当前调度模式。配置参数至少包括：队列总数目、队列属性标识、队列存储数据包的上限、各队列优先级、队列权重、队列使能状态以及队列所对应数据包特征，关于各参数的详细信息，参见表一：
| 参数名称 | 参数说明 |
| 队列总数 (QueueSum) | 用来说明调度队列的总数目，该值的大小决定了队列调度算法实现的 规模和应用程度。队列总数越多，细化的队列优先级越多，适合的应 用场景越多，但调度算法复杂度也大；反之，则适合场景少，复杂度 也低。 |
| 队列存储数据包上 限(MaxData) | 队列可以存储的数据包上限值。一般以byte计算，从而可以区别不同 长度的数据包。这里MaxData可以是全部队列可存储数据包和的上限 值，也可以是单个队列可存储数据包上限值。 |
| 队列属性标识 (QueueType) | 区别单个队列的属性：是SP队列还是DWRR队列。 |
| 带宽上限 (linkspeed) | 调度算法可处理数据包发送带宽值的限制 |
| 各队列的优先级 (priority) | 表示单个队列的调度优先级，任意两个不同队列的优先级不相同。 |
| 各队列的使能状态 (enable) | 表示队列是否可调度 |
| 各队列的权重值 (weight) | 表示队列的权重值，仅DWRR队列有权重值。 |
| 各队列对应数据包 特征集合 | 表示何种数据包将归入到该队列，是一个可变化的特征集合，集合内 容依据具体使用场景而定。 |
表一
表一中的各参数可通过数据库的形式提前保存在系统中，需要对队列进行配置时，根据需要从数据库中选用相应的参数，完成各队列的配置。其中，数据包 的特征包括：数据包的硬件地址信息、虚拟局域网(VLAN，Virtual Local AreaNetwork)信息如VLAN ID及VLAN优先级等、源或目的IP地址，协议类型，源或目的端口等，还包括各协议的特有信息如动态主机分配协议(DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol)的Option字段信息以及数据包的访问接口等。数据包上可以携带并可作为信息识别的所有参数都可以作为数据包特征。
步骤102：提取数据包的特征，根据所述特征确定所述数据包所属队列的属性，将所述数据包归入与所述队列属性对应的队列，根据优先级将所述队列置入活动队列链表中。对于各数据包，需要将其归入相应的队列中，才能完成对其的调度。本发明根据数据包的特征信息，确定这些数据包的优先级等，以与其相应的QoS要求相适应，从而保证其QoS。例如，对于，语音业务数据包，由于实时性要求较高，需要优先调度，可将这类数据包归入SP队列中。而对于实时性要求不高的普通数据包，则可归入到DWRR队列中，在优先级较高的数据包调度完毕后，再调度这类数据包。
以下对数据包归入队列的机制进行详细描述。
图2为本发明数据包归入队列的流程图，如图2所示，数据包归入队列包括：
步骤201：解析数据包，提取数据包特征，根据数据包特征，得出其对应的队列优先级。数据包特征与队列优先级的对应关系依据实际应用场景而定，参照该对应关系，根据数据包特征确定该数据包对应的队列。对于若没有对应队列的数据包，则归入到一个默认优先级队列中，该默认优先级队列一般为最低优先级队列。
步骤202：查找到数据包对应的队列，判断该队列是否使能，若不使能时丢弃该数据包，结束本次处理。
步骤203：判断队列权重是否为0，权重为0时丢弃数据包，结束本次处理。
步骤204：判断队列可接收的数据包总数是否已达上限，达到数据包上限时，结束本次处理。这里，数据包总数达到上限，可以是数据包欲归入的队列已达上限，也可以是当前所有队列的整体数据包达到上限，任何的队列都不再 允许新的数据包归入。
步骤205：将数据包归入队列。数据包归入队列时，根据数据包的特征进行入队顺序处理。如对于某些特殊数据包或关键数据包，如对等网链路控制协议(PPPLCP，Point-to-Point Protocol Link Control Protocol)数据包、地址解析协议(ARP，Address Resolution Protocol)数据包、互联网组管理协议(IGMP，Internet Group Management Protocol)数据包、DHCP请求数据包等，插入到队列头部，以便于出队时优先处理。
步骤206：判断归入数据包的队列是否为首次接收到数据包，是时将该队列按照其优先级加入到活动队列链表(Active List)中。Active List按照队列优先级由高到低进行排序，最高优先级队列放在链表头部。其中，SP队列优先级高于DWRR队列优先级；SP队列之间按优先级进行排列；DWRR队列之间同样按优先级进行排列。不同的队列，优先级不同。
本领域技术人员应当理解，步骤202至步骤204的判断顺序可以互换。
步骤103：为所述活动队列链表中各队列分配资源，按所分配资源进行队列调度。
以下对本发明的队列调度进行详细描述。
图3为本发明数据包队列调度的流程图，如图3所示，本发明数据包队列调度包括：
步骤301：计算活动队列链表中各个队列可使用的带宽份额。从链表的头节点队列开始进行计算。判断该队列是否属于SP队列，若是则将当前可分配带宽资源分配给该头节点队列，其他队列已分配的带宽资源不变，即对于已分配的带宽资源，继续被原队列使用发送数据包；否则，说明当前活动队列链表中的队列全部为DWRR队列，按照各个队列的权重值按比例进行带宽资源分配。需要说明的是，对于链表的头节点队列，也即是当前优先级最高的队列。
步骤302：对于每个分配了带宽资源的队列，获取该队列中的第一个数据包，根据数据包的长度，为所述数据包分配相应的带宽资源。
步骤303：为第一个数据包分配分带宽资源后，判断所述队列中是否还有 剩余带宽资源，若有则判断该队列中是否还有数据包，若有则将剩余带宽资源分配给该队列中的下一个数据包，依此类推；若没有剩余的数据包，则返回步骤301，对将当前的剩余资源重新进行分配。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种队列调度方法，其特征在于，该方法包括：
A、为数据包队列配置参数，从而确定出所述队列的调度模式；其中，所述队列的配置参数包括：队列总数目、队列属性标识、队列存储数据包的上限、各队列优先级、队列权重、队列使能状态以及队列所对应数据包特征；
B、提取数据包的特征，根据所述特征确定所述数据包所属队列的属性，将所述数据包归入与所述队列属性对应的队列，根据优先级将所述队列置入活动队列链表中；其中，所述队列属性标识具体为：赤字加权轮询DWRR队列标识、严格优先级SP队列标识；
C、根据队列属性及队列优先级为所述活动队列链表中各队列分配资源，按所分配资源进行队列调度。
2.根据权利要求1所述的队列调度方法，其特征在于，所述数据包的特征包括：数据包的MAC地址、虚拟局域网ID、虚拟局域网优先级、源或目的IP地址、源或目的端口信息以及协议类型。
3.根据权利要求2所述的队列调度方法，其特征在于，步骤B具体为：
B1、根据所述数据包协议类型确定所述数据包所属队列的属性标识，并根据所述数据包的参数特征确定所述数据包的优先级，从而确定所述数据包应归入的队列；
B2、判断所述应归入的队列是否被禁止，若是则丢弃所述数据包，若否则判断所述队列是否达到存储上限，若达到存储上限，则丢弃所述数据包，若未达到存储上限，将所述数据包归入所述队列中。
4.根据权利要求3所述的队列调度方法，其特征在于，步骤B2还包括：
判断所述队列是否为首次接收到数据包，若是则根据优先级将所述队列置入活动队列链表中，并对所述活动队列链表中的队列按优先级重新排序。
5.根据权利要求3所述的队列调度方法，其特征在于，步骤B2还包括：
若所述应归入的队列为赤字加权轮询队列，归入所述队列之前还包括判断所述队列的权重是否为0，若为0则丢弃所述数据包。
6.根据权利要求2所述的队列调度方法，其特征在于，步骤C具体为：
C1、获取所述活动队列链表中优先级最高的节点队列，判断所述优先级最高的队列是否为严格优先级队列，若是则将当前可分配的带宽资源全部分配给所述严格优先级队列，否则将当前带宽资源按权重比例分配给赤字加权轮询队列；
C2、根据所述队列所分配的带宽资源，获取队列中的第一个数据包，根据所述第一个数据包的大小为其分配相应的带宽资源，有剩余带宽资源时继续分配给本队列中的下一个数据包；
C3、队列中一个数据包发送完毕后，判断所述队列是否还有剩余数据包，若有则将分配给所述发送完毕数据包的带宽资源分配给下一个数据包，若队列中无数据包则即返回步骤C1，将所述带宽资源进行重新分配。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20101201 Termination date: 20180121 |