CN101621478A - 队列调度的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种队列调度的方法及装置，该方法包括：用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值；当第一循环链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除并将权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接。本发明实现了支持任意队列数目的调度，在不改变硬件实现逻辑核心的情况下支持队列数目的扩容。

Description

队列调度的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种队列调度的方法及装置。
背景技术
传统的带权重的排队调度算法是WRR(Weighted RoundRobin)，图2是根据相关技术的WRR调度的示意图。如图2所示，入队时，报文首先被按照优先级送入对应的优先级队列，调度时不同的优先级队列按照轮询的方式选择队列，每一个轮次(Cycle)内，送出的报文数量与队列的权重成正比。
WRR调度将每个端口分为多个输出队列，队列之间轮流调度，保证每个队列都得到一定的服务时间。同时为每个队列配置一个权重值，权重值表示获取资源的比重。如一个100Mbps的端口，配置它的WRR队列调度算法的权重值为50、30、10、10，这样可以保证最低优先级队列至少获得10Mbps带宽，避免了采用严格优先级调度(Strict Priority)时低优先级队列中的报文可能长时间得不到服务的缺点。
显然纯WRR算法难以支持长度变化的流，特别是突发流，因此出现了DWRR(Deficit Weighted Round Robin)算法。
图3是根据相关技术的DWRR调度的示意图，如图3所示，为每个队列设置一个权重值W和一个权重中间值DC，该权重中间值DC小于或等于权重值。调度器访问每个非空队列，如果队列头部的包长度大于DC，则调度器移动到下一个队列；如果队列头部的包小于或等于DC，则变量DC减少包长字节数，并传送包到输出端口；调度器继续输出包和减少DC值，直到队列头部的包长度大于变量DC值，剩余的DC值将作为信用值累加到下次轮询时使用。如果队列为空，则设置DC为零，此时调度器将服务下一个非空队列。
DWRR能够支持变长报文调度，在工程中有很好的应用前景，但如何硬件实现，特别是支持队列数目的轻易扩容、又不改变硬件实现逻辑核心的方法一直是热门的研究方向。常规的二叉树实现方式很难支持较多的队列，当队列数目扩容时不得不修改核心逻辑，增加了开发难度。
针对相关技术中在不改变硬件实现逻辑核心的前提下难以支持队列数目的扩容、又难以用较小的资源消耗来实现DWRR调度单元的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对在不改变硬件实现逻辑核心的前提下难以支持队列数目的扩容、又难以用较小的资源消耗来实现DWRR调度单元的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种队列调度方法及装置，以解决上述问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种队列调度的方法。
根据本发明的队列调度的方法包括：用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值；当第一循环链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除并将权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接。
优选地，该方法还包括：当第一循环链表中存在权重中间值不小于队列中队首的待调度单位的队列时，继续沿着第一循环链表访问一个或多个队列。
优选地，用第一循环链表对一个或多个队列进行索引包括：对一个或多个队列进行权重设置；初始化一个或多个队列的权重中间值为权重值、设定的值为零、队列状态为空、入链标记为未入链。
优选地，通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值包括：读出第一循环链表的首指针，通过首指针确定当前调度的队列编号，以第一循环链表的首指针值为地址访问第一循环链表；若队列状态不为空且权重中间值大于等于队列中队首的待调度单位的值，将权重值中间值减去队列中队首的待调度单位的值。
优选地，该方法还包括：读出第一循环链表的尾指针，以第一循环链表的尾指针值为地址访问队列，在下一跳指针位置写入第一循环链表的首指针值；以第一循环链表的首指针值更新第一循环链表的尾指针；以第一循环链表的首指针值为地址访问队列，得到下一跳指针，以此更新第一循环链表的首指针。
优选地，当链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除还包括：当队列状态为空时，将队列从第一循环链表中删除且不将队列加入到第二循环链表中。
优选地，该方法还包括：若队列状态不为空且权重中间值小于队列中队首的待调度单位的值时，从第一循环链表中将队列删除，然后将队列加入到第二循环链表尾部。
优选地，将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接包括：当队列状态从空跳变到非空，且入链标记为未入链时，第二循环链表将队列进行挂接。
优选地，该方法还包括：当第一循环链表为空时，将第一循环链表切换为第二循环链表，将第二循环链表切换为第一循环链表。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种队列调度的装置。
该装置包括：第一循环链表与第二循环链表，都采用单向链表的结构；第一循环链表的首指针和第一循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构；第二循环链表的首指针和第二循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构，其中，队列之间用指针来链接，当第一循环链表中的队列权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除，并将队列挂接到第二循环链表中，当第一循环链表为空时，将第一循环链表切换为第二循环链表并同时将第二循环链表切换为第一循环链表。
通过本发明，采用用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值；当第一循环链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除并将权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接的方法，解决了相关技术中在不改变硬件实现逻辑核心的前提下难以支持队列数目的扩容、又难以用较小的资源消耗来实现DWRR调度单元的问题，进而实现了支持任意队列数目的调度，在不改变硬件实现逻辑核心的情况下支持队列数目的扩容。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的调度方法的流程图；
图2是根据相关技术的WRR调度的示意图；
图3是根据相关技术的DWRR调度的示意图；
图4是根据本发明实施例的队列链表的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的Active/Standby首尾指针与队列的链接关系的示意图；
图6是根据本发明实施例的调度装置的示意图；
图7是根据本发明实施例的队列组Active链表的示意图；
图8是根据本发明实施例的Active链表更新的示意图；
图9是根据本发明实施例的Standby链表更新的示意图。
具体实施方式
功能概述
考虑到在不改变硬件实现逻辑核心的前提下难以支持队列数目的扩容、又难以用较小的资源消耗来实现DWRR调度单元，本发明实施例提供了一种队列调度的方法及装置，该方法包括：用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值；当第一循环链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除并将权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
调度单元的实现规模一般随着调度队列数目的增加而剧增，呈非线性增长趋势。支持尽可能多的队列数目是目前调度算法研究的热点问题。本发明根据DWRR算法的特性，提出一种基于链表的实现方式，采用Active和Standby链表交替切换的方案，支持调度任意数量的队列。本发明通过把所有的待调度队列用两个单向的链表链接起来，将复杂的调度算法用基于存储器访问的简单链表操作来实现。当调度的队列数目增加时，只要线性增加链表存储器的规模，无需改变算法逻辑和数据结构，有利于队列的扩容。
本发明中“一个轮次中的Active和Standby链表更新”具体如下：调度单元的功能是每个调度周期确定一个服务队列编号，因此以每个队列的权重Wi表示在一轮调度中应该分配到的服务次数。以图7所示为例，有6个队列A～F，每个队列的权重用WA～WF表示，每个队列的当前剩余未被服务的数值用DCA～DCF表示。
图7是根据本发明实施例的队列组Active链表的示意图；图8是根据本发明实施例的Active链表更新的示意图；图9是根据本发明实施例的Standby链表更新的示意图。如图所示，每个队列被服务后，该队列的DCi数值将减去按服务次数标准化后的队列首包大小(即Psize，Psize是动态的，为队列的队首的包大小)。此处的首包大小为一种待调度单位。为了说明方便，示例队列组中每个包的服务次数都可以简化为1。当该队列的DCi数值小于Psize时，将其从Active链表中删除，保证Active链表中都是能够得到服务的队列，挂接在Standby链表的尾部，同时其DCi数值将更新为其权重Wi与剩余DCi值之和。
当Active链表为空时，表示当前轮次结束。将Standby链表与Active链表交换，继续新的轮次。
方法实施例
根据本发明的实施例，提供了一种队列调度的方法。
图1是根据本发明实施例的调度方法的流程图。
如图1所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S108：
步骤S102，用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；
步骤S104，通过第一循环链表的首指针分别访问一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去队列中队首的待调度单位的值；
步骤S106，当第一循环链表中的一个队列的权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除并将权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；
步骤S108，将第一循环链表中删除的队列用第二循环链表进行挂接。
优选地，上述方法还可以包括以下步骤：
步骤S110，当第一循环链表为空时，将第一和第二循环链表相互切换；继续下一个轮次的操作。
上述步骤S104到S110为循环操作，沿链表来循环执行。
下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。
在所述调度的方法中还具体用到以下的操作：
链表初始化：
在步骤S102中，用户完成全部队列的权重设置，然后启动初始化过程。初始化后全部队列的DC值等于权重值、Psize为0、队列状态为空、入链标记为未入链、下一跳指针内容无意义。
队列移动：
在步骤S104中，读出Active链表首指针，确定当前调度的队列编号。以Active链表首指针值为地址访问队列链表存储器，若队列状态不为空且DC值大于等于Psize值，将DC值更新为其原DC值减去Psize值的结果。
读出Active尾指针，以Active尾指针值为地址访问队列链表存储器，在“下一跳指针”位置写入Active首指针值。
以Active首指针值更新Active尾指针存储器。
以Active首指针值为地址访问队列链表存储器，得到下一跳指针，以此更新原Active首指针。
队列插入：
在步骤S108中，若某个队列的状态从空跳变到非空，同时其入链标记显示其没有入链，则将该队列添加到Standby链表的末尾。
队列删除：
在步骤S 106中，当调度到某个队列时，即DWRR的Active首指针指向该队列时，判断该队列的状态。若队列状态为空，触发该队列的出链操作，即从Active链表中将该队列删除，也不将该队列加入到Standby链表中。队列出链后，将其入链标记清零。
若队列状态不为空，但其DC值小于Psize值，则表示该队列在当前一轮中已经得到应有的服务，从Active链表中将该队列删除，将该队列加入到Standby链表尾部，同时DC值更新为其权重与剩余DC值之和。
链表交换：
在步骤S110中，当Active链表为空时，即Active首尾指针相等且等于当前调度队列，表示当前一轮的调度已经完成，则将Active链表与Standby链表交换。
装置实施例
根据本发明的实施例，提供了一种队列调度的装置，包括第一循环链表与第二循环链表，都采用单向链表的结构；第一循环链表的首指针和第一循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构；第二循环链表的首指针和第二循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构，其中，队列之间用指针来链接，当第一循环链表中的队列权重中间值小于队列中队首的待调度单位时，将队列从第一循环链表中删除，并将队列挂接到第二循环链表中，当第一循环链表为空时，将第一循环链表切换为第二循环链表并同时将第二循环链表切换为第一循环链表。
图5是根据本发明实施例的Active/Standby首尾指针与队列的链接关系的示意图。
如图5所示，每个队列需要存储的信息除了权重、DC值与下一跳指针外，还包括队列状态、首包大小和入链标记。其中队列状态表示当前队列处于空或非空状态，首包大小反映当前队列的第一个报文的包长并且为调度的单位，入链标记指示队列是否已经添加到DWRR队列链表中。
图6是根据本发明实施例的调度装置的示意图，如图6所示，根据本发明提供的队列调度装置，该调度装置内置于基于存储转发机制的数据交换或流量控制设备中。所述设备包括但不限制于交换、路由、传输设备。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了支持任意队列数目的调度，在不改变硬件实现逻辑核心的情况下支持队列数目的扩容。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种队列调度的方法，其特征在于，包括：
用第一循环链表对一个或多个队列进行索引；
通过所述第一循环链表的首指针分别访问所述一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去所述队列中队首的待调度单位的值；
当所述第一循环链表中的一个队列的所述权重中间值小于所述队列中队首的待调度单位时，将所述队列从所述第一循环链表中删除并将所述权重中间值更新为设定的权重值与剩余权重中间值之和；
将所述第一循环链表中删除的所述队列用第二循环链表进行挂接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述第一循环链表中存在权重中间值不小于所述队列
中队首的待调度单位的队列时，继续沿着所述第一循环链表访问所述一个或多个队列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用第一循环链表对一个或多个队列进行索引包括：
对所述一个或多个队列进行权重设置；
初始化所述一个或多个队列的所述权重中间值为权重值、所述设定的值为零、队列状态为空、入链标记为未入链。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一循环链表的首指针分别访问所述一个或多个队列，并将各个队列的权重中间值减去所述队列中队首的待调度单位的值包括：
读出所述第一循环链表的首指针，通过所述首指针确定当前调度的队列编号，以所述第一循环链表的首指针值为地址访问所述第一循环链表；
若所述队列状态不为空且权重中间值大于等于所述队列中队首的待调度单位的值，将权重值中间值减去所述队列中队首的待调度单位的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
读出所述第一循环链表的尾指针，以所述第一循环链表的尾指针值为地址访问所述队列，在下一跳指针位置写入所述第一循环链表的首指针值；
以所述第一循环链表的首指针值更新所述第一循环链表的尾指针；
以所述第一循环链表的首指针值为地址访问所述队列，得到下一跳指针，以此更新所述第一循环链表的首指针。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述链表中的一个队列的所述权重中间值小于所述队列中队首的待调度单位时，将所述队列从所述第一循环链表中删除还包括：
当所述队列状态为空时，将所述队列从所述第一循环链表中删除且不将所述队列加入到第二循环链表中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述队列状态不为空且权重中间值小于所述队列中队首的待调度单位的值时，从所述第一循环链表中将所述队列删除，然后将所述队列加入到所述第二循环链表尾部。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一循环链表中删除的所述队列用第二循环链表进行挂接包括：
当所述队列状态从空跳变到非空，且入链标记为未入链时，所述第二循环链表将所述队列进行挂接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当第一循环链表为空时，将所述第一循环链表切换为第二循环链表，将所述第二循环链表切换为第一循环链表。
10.一种队列调度的装置，包括：
第一循环链表与第二循环链表，都采用单向链表的结构；
所述第一循环链表的首指针和所述第一循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构；
所述第二循环链表的首指针和所述第二循环链表的尾指针以及一个或多个队列链接为一循环结构，
其中，所述队列之间用指针来链接，当所述第一循环链表中的队列权重中间值小于所述队列中队首的待调度单位时，将所述队列从所述第一循环链表中删除，并将所述队列挂接到所述第二循环链表中，当所述第一循环链表为空时，将所述第一循环链表切换为第二循环链表并同时将所述第二循环链表切换为第一循环链表。
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