CN102025639A

CN102025639A - 队列调度方法及系统

Info

Publication number: CN102025639A
Application number: CN2010106047268A
Authority: CN
Inventors: 彭鼎祥
Original assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd
Current assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd; Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明提供一种队列调度方法及系统。该队列调度方法包括：根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；根据所接收的数据包携带的类标号，将所述数据包缓存入与所述类标号对应的接口层队列；根据包括父队列和从属于所述父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据所述队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度；对所述树状结构的多级队列从上至下的每一级依次执行上述步骤，直到所述调度队列为所述接口层队列。本发明的队列调度方法及系统能够在复杂的多级调度系统中进行有效调度，改善网络的QOS。

Description

队列调度方法及系统

技术领域

本发明涉及数据通信技术，尤其涉及一种队列调度方法及系统。

背景技术

随着网络中各种业务的迅速发展，人们对网络的服务质量(Quality of Service，以下简称QOS)越来越关注。队列调度方法作为用于保证网络有效性和实用性的一项关键技术，对网络的QOS起到极为重要的作用。

现有技术中的分布式系统的队列调度方法主要是自下而上的调度方式。图1为自下而上的调度方式示意图。如图1所示，例如对于划分为三级的队列，首先完成第三级队列的调度；形成调度结果后，进行第二级队列的调度，从而获得最终调度结果。由于这种自下而上的调度方式，需要由调度器对同一级的多个调度单元来完成并行调度，因此只能应用于队列数较少和队列级数较少的简单调度系统中，在复杂的多级调度系统中是不可行的，将严重降低网络的QOS。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种队列调度方法及队列调度系统，用以实现应用于复杂的多级调度系统中的队列调度，通过有效队列调度来提高网络的QOS。

本发明提供的队列调度方法，包括：根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

根据所接收的数据包携带的类标号，将所述数据包缓存入与所述类标号对应的接口层队列；

根据包括父队列和从属于所述父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据所述队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度；对所述树状结构的多级队列从上至下的每一级依次执行上述步骤，直到所述调度队列为所述接口层队列。

本发明提供的队列调度系统，包括：队列划分模块，用于根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

数据分配模块，用于根据所接收的数据包携带的类标号，将所述数据包缓存入与所述类标号对应的接口层队列；

队列调度模块，用于根据包括父队列和从属于所述父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据所述队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度；对所述树状结构的多级队列从上至下的每一级依次执行上述步骤，直到所述调度队列为所述接口层队列。

根据本发明的队列调度方法及系统，由于采用了由上而下的调度方式，使得各级调度器仅需根据一个调度单元内的调度信息对该调度单元进行调度，以确定该调度单元中的一个子队列作为调度结果，从而避免了由一个调度器并行执行多个调度，缓解了网络系统中的调度压力、极大地提高了调度效率，从而明显提升了网络的QOS。

附图说明

图1为自下而上的调度方式示意图。

图2为本发明队列调度方法的流程图。

图3为根据本发明队列调度方法划分的多级队列示意图。

图4为FID字节内容示意图。

图5为配置寄存器的设置示意图。

图6为WFQ调度的调度示意图。

图7是根据本发明调度方法对WFQ队列的调度流程。

图8为多级队列汇聚示意图。

图9为采用多级队列汇聚的配置寄存器的设置示意图。

图10为各级调度单元之间通过FIFO接口实现连接的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

图2为本发明队列调度方法的流程图。如图2所示，该队列调度方法包括：

步骤S100，根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

图3为根据本发明队列调度方法划分的多级队列示意图。如图3所示，例如划分为六级队列，其中：第一级父队列固定拥有16个第二级子队列；第二级父队列固定拥有16个第三级子队列；第三级父队列固定拥有16个第四级子队列；第四级父队列固定拥有8个第五级子队列；第五级父队列固定拥有8个第六级子队列。通过上述的队列设置形成了1→16→16→16→8→8的队列层次关系，并且在第六级形成了256K个队列。

步骤S200，根据所接收的数据包携带的类标号，将所述数据包缓存入与所述类标号对应的接口层队列；

在实际应用中，数据包在经过包处理器时，会由包处理器根据该数据包的接口、通道、业务等信息，对该数据包进行标识，即为该数据包标记类标号(Flow ID，以下简称FID)。图4为FID字节内容示意图。图4例示了当采用图3所示的多级队列结构时，数据包的FID结构。如图4所示，该FID的位宽为18比特位(0～17bit)，其中：17bit～14bit用于标识16个源物理端口(对应于第二级队列)；13bit～10bit用于标识16个目的物理端口(对应于第三级队列)；9bit～6bit用于标识源物理通道下的16个子通道(对应于第四级队列)；5bit～3bit用于标识八种协议类型，例如包括TCP、UDP、IPV4、IPV6及MPLS等(对应于第五级队列)；2bit～0bit用于标识八种业务类型，例如包括HTTP、FTP等(对应于第六级队列)。可以看出，数据包所携带的该18位的FID，明确地指示了该数据包对应的接口层队列(即用于存放接收的数据包的第六层队列)。

FID除采用上述形式以外，也可采取多种其他形式表示，此处不再赘述。

步骤S300，根据包括父队列和从属于父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度；对树状结构的多级队列从上至下的每一级依次执行上述步骤，直到调度队列为接口层队列。

其中，调度单元包括一个父队列和从属于该父队列的全部子队列，并且配置有该调度单元的调度信息。可以看出，在图3所示的多级队列结构中共包括五级调度单元，共37137个，且这些调度单元分为两种：一种是父队列为第一级、第二级或第三级的队列，其包括16个子队列，即该调度单元包括17个队列；另一种是父队列为第四级或第五级的队列，其包括8个子队列，即调度单元包括9个队列。

在该队列调度方法中，采用自上而下的调度方式，即首先由第一级调度器根据第一级队列A作为父队列、第二级队列B0～B15作为子队列的第一级调度单元中预置的调度信息进行调度，获得队列标识(Identification，ID)作为调度结果；该第一级调度器将所获得的队列ID发送至下一级调度器(第二级调度器)，第二级调度器用于管理第二级队列B0～B15作为父队列、第三级队列C0～C255作为子队列的全部调度单元的调度，具体为：第二级调度器根据队列ID查找到该队列ID对应的队列作为父队列的调度单元，例如作为调度结果的队列ID所对应的为队列B0，则该调度单元包括父队列B0和子队列C0～C15；第二级调度器获取该调度单元内预置的调度信息，并根据该调度信息执行调度；依此类推，直至作为调度结果的队列ID所对应的为第六级队列(即接口层队列)，则直接输出该队列ID所对应的队列中的数据，结束调度流程。

虽然在上述实施例的队列调度方法中，以形成六级队列为例，对该队列调度方法进行说明，但本领域的技术人员应当理解，将队列划分为其他层次和/或采用其他的父队列与子队列的隶属关系，均能够用于实现上述实施例的队列调度方法。

根据上述实施例的队列调度方法，采用了由上而下的调度方式，由于各级调度器仅需根据一个调度单元内的调度信息对该调度单元进行调度，以确定该调度单元中的一个子队列作为调度节果，从而避免了由一个调度器并行执行多个调度，缓解了网络系统中的调度压力、极大地提高了调度效率，从而明显提升了网络的QOS。

进一步地，在上述实施例的队列调度方法中，根据包括父队列和从属于父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度的步骤包括：

调度器从调度单元中的配置寄存器获取配置信息、从调度单元中的状态寄存器获取状态信息；并根据配置信息和所述状态信息对调度单元中的子队列进行调度，获取调度队列的队列标识；

调度器将队列标识发送至下一级调度器；

下一级调度器根据队列标识查找调度队列作为父队列的调度单元，并重复执行上述步骤。

在上述队列调度方法中，各调度单元中的调度信息是通过配置寄存器和状态寄存器来进行配置的。其中，配置寄存器可用于对配置信息(例如包括队列调度类型和队列优先级)进行设置，状态寄存器可用于对状态信息(例如包括调度状态信息和队列状态信息)进行设置。下面以32位的配置寄存器和状态寄存器为例进行详细说明。

图5为配置寄存器的设置示意图。如图5中所示，0bit～3bit用来配置队列调度类型，该队列调度类型例如为固定优先级(Strict Priority，简称SP)调度、轮询(Round Robin，简称RR)调度、公平队列(Fair Queuing，简称FQ)调度和加权公平队列(Weighted F air Queuing，简称WFQ)调度。

其中，SP调度用于调度固定优先级队列。固定优先级队列将队列分为4类，分别是：高优先级队列(top)、中优先级队列(middle)、正常优先级队列(normal)和低优先级队列(bottom)，优先级依次降低。在队列操作时，将高优先级业务的数据分组放入高优先级的队列中，将低优先级业务的数据分组放入低优先级的队列中。SP调度就是高优先级的队列优先调度，低优先级的队列非优先调度，即在多个队列中，优先级高的队列如果有数据请求，则优先进行数据传输，直到高优先级的队列为空。

RR调度是多个队列不分优先级，按照时间片进行轮转操作。如果第n(n为自然数)个队列有数据请求，且轮询到第n个队列，则这个队列被调度进行数据传输；之后轮询第n+1队列，如果第n+1队列为空，则继续轮询第n+2队列。

FQ调度是通过轮转为不同的队列提供公平的调度机会。

当队列调度类型为SP调度、RR调度或FQ调度时，无需使用4bit～31bit，当队列调度类型为WFQ调度时，则需使用4bit～31bit来为子队列设置权重值。

WFQ调度是将各个队列之间的带宽占用比例设置为n∶n-1∶...∶2∶1。图6为WFQ调度的调度示意图。如图6所示，WFQ调度按照图中数字标识由小到大的顺序进行调度。WFQ调度在带宽资源有效分配、丢包率、延迟和延迟抖动上均明显优于其它调度方法。

如果设置将队列调度类型设置为WFQ，则权重0～权重3(各占用7个比特位)用来配置WFQ的调度权重。这里分为四个权重，也就是分为四个优先级，该四个优先级分别对应指定的队列。如果是第五级调度单元中的8个子队列，则每个权重分配2个子队列；如果是第三级调度单元的16个子队列，则每个权重分配4个子队列。

调度单元中的状态寄存器主要用于记录该调度单元的两个当前状态：调度状态和队列状态。其中，调度状态是指上一次调度后的统计结果。例如，如果调度单元被设置为RR，则状态寄存器就记录了上次的轮转调度结果，作为本次调度的依据；如果调度单元被配置为WFQ，则记录各个权利队列的被调用次数，从而作为本次调度的依据。队列状态记录该调度单元中的各子队列的数据状态，例如该子队列是否包含数据。该状态寄存器还可根据需要记录一些其他调度单元的信息，此处不再详述。

下面结合调度单元内设置有配置寄存器和状态寄存器的情形对调度单元的调度过程进行详细说明。由于五级调度器的调度过程相互独立，因此下面仅以某一级的调度器的调度过程为例，对该队列调度方法的调度过程进行说明。

调度单元的调度过程包括：

步骤S10，本级的调度器，从上一级调度器中获取调度结果，即一个队列ID；例如若本级的调度器为第二级调度器，则该队列ID为第二级队列(即例示的目的物理接口)；

步骤S20，根据该队列ID，获取该队列作为父队列的调度单元的相关信息，即配置寄存器和状态寄存器中配置的信息；

步骤S30，根据配置寄存器，获知该调度单元的调度方式配置；根据状态寄存器，获知该调度单元的各个子队列的状态和上一次调度的状态，从而进行调度操作；

具体地，若配置寄存器中标识的类型是RR队列，则从状态寄存器中获知上一次调度的队列和各个队列的有无数据状态，从而根据上一次调度队列，轮转到这个队列的下一个有数据的队列上，保存当前的状态寄存器，从而完成调度操作；

若配置寄存器中标识的类型是SP队列，则从状态寄存器中读取各个队列的有无数据状态。这样就可以根据队列状态，将有数据的、优先级最高的队列调度出来，保存当前的状态寄存器，状态寄存器，完成调度操作；

若配置寄存器中标识的类型是WFQ队列，具体流程参见图7。图7是根据本发明调度方法对WFQ队列的调度流程。如图7所示，包括以下步骤：

步骤S31，获取配置寄存器的各个优先级的权重值，并计算权重值之和，用于令牌装入；获取状态寄存器的各个权重的当前调度次数，并获取上一次调度的队列号；

步骤S32，依次判断权重0到权重3是否符合调度的两个条件，也就是当前调度次数小于对应的权重值，以及该权重对应的队列有数据；若符合，则调度相应权重对应的队列，将对应的调度次数加1，并不再继续对下一权重进行判断，执行步骤S34；

步骤S33，如果权重0到权重3都没有得到调度，则就根据上一次调度的队列号，按照轮转的算法进行调度；

步骤S34，将总调度次数加1；

步骤S35，判断总调度次数是否小于权重之和，即是否需要将各个权重的调度次数清零，若小于，则将各个调度次数清零，相当于重新装入令牌，并执行步骤S36；若不小于，则直接执行步骤S36；

步骤S36，保存当前的状态寄存器，结束本次调度操作。

步骤S40，获取本级的调度器的调度结果，也是一个队列ID。将该队列ID发送至下一级调度单元。完成本次调度操作，返回到步骤S10。

根据本发明上述实施例的队列调度方法，由于通过为各调度单元配置一配置寄存器和一状态寄存器来管理各调度单元的调度信息，从而可通过对这两个寄存器进行设置来方便地对调度信息进行实时设置，从而实现了该队列调度方法中的调度算法的灵活设置，能够使当前的队列调度更符合多级队列结构及用户需求，从而进一步提高复杂多级的调度系统中的有效调度，提高网络的QOS。

进一步地，在上述实施例的队列调度方法中，配置信息包括队列调度类型信息、队列优先级信息及用于标识是否对调度单元执行调度的虚实标识信息；状态信息包括调度状态信息及队列状态信息。

该配置信息中的虚实标识信息占用1比特位，当值为0时，表示当前调度单元为实调度单元，即对该调度单元进行调度以获取其中的某一子队列作为调度结果，具体调度流程如下述实施例；当值为1时，表示当前调度单元为虚调度单元，即无需对该调度单元进行调度，相应的调度器直接将从上一级调度器获取的队列ID发送至下一级调度器，由下一级调度根据相应的队列ID进行调度。此种包含虚实标识的配置信息适用于提供队列扩展，下面对这种队列扩展进行详细说明。

例如为了使更多的子队列汇聚到同一个父队列，可以通过跨层次来实现，即将子队列汇聚到祖父队列上。图8为多级队列汇聚示意图。如图8所示，将第四级中的队列D0作为祖父队列，其拥有第五级的E0～E7队列作为父队列，且第五级的E0～E7队列拥有第六级的队列F0～F63作为子队列，则相当于第四级有64个从属队列。若要实现在调度过程中直接将第六级的64个队列作为第四级队列D0的子队列，则需将包括父队列D0和子队列E0～E7的调度单元中配置寄存器的虚实标识位置为1，同时对第六级的64个队列作为子队列的调度单元中的调度信息进行相同设置。

相应地，数据包中携带的FID的格式也不同于在上述实施例中例示的格式，即利用5bit～0bit来标识该64个从属队列(即实现子通道直接与业务类型相对应，而不根据协议类型加以区分)。

当进行上述设置后，则当第三级调度器从第二级调度器获取到的队列ID所对应的队列为D0时，其获取包括父队列D0和子队列E0～E7的调度单元中的配置信息；当其获知该配置信息中虚实标识位为1，则终止对该调度单元的调度，并将队列D0的队列ID发送至第四级调度器，以使第四级调度器获取该队列ID后，对子队列F0～F63进行调度，以获取其中的某一队列作为调度结果。

并且，利用这种多级队列的汇聚还可实现对于WFQ调度的优先级扩展。在上述实施例的队列调度方法中，一个调度单元最多只能实现4个优先级的WFQ，为了实现更多优先级的WFQ，则可以通过多级队列汇聚来实现。图9为采用多级队列汇聚的配置寄存器的设置示意图。如图9所示，例如要实现6个优先级，该6个优先级的权重比例分别为1∶2∶3∶4∶5∶6，则可以通过将两级队列汇聚来实现：首先，在当前调度单元中，将权重3∶权重2∶权重1∶权重0设置为1∶2∶3∶15，并将当前调度单元中的虚实标识位设置为1；接下来，在当前调度单元的下一级调度单元中设置权重6∶权重5∶权重4为4∶5∶6，通过上述设置则能够将权重6、权重5和权重4所对应的队列汇聚到权重0所对应的队列上。这样，便能够使权重0的权重比例就被权重6、权重5和权重4所分割，从而实现1∶2∶3∶4∶5∶6的权重比例。

根据上述实施例的队列调度方法，通过对配置寄存器中的虚实标识位进行设置，能够实现多级队列之间的汇聚及在WFQ调度情况下的多优先级设置，为队列调度提供了更为灵活了队列级别设置及更为灵活的调度算法，能够极好地适应复杂调度系统的不同情况，充分满足对网络的QOS的需求。

进一步地，在上述实施例的队列调度方法中，调度器将队列标识发送至下一级调度器的步骤包括：

调度器将队列标识写入到与下一级调度器连接的先入先出FIFO接口，以使下一级调度器从所述FIFO接口读取队列标识。

图10为各级调度单元之间通过FIFO接口实现连接的示意图。如图10所示，各级调度单元之间通过FIFO接口传送调度结果。

根据上述实施例的队列调度方法，能够实现各级调度单元之间通过FIFO接口相互协作、并行进行调度，即在同一时刻，五个独立的调度单元同时在进行调度操作，从上一级获取调度结果、进行调度操作后将调度结果写入FIFO接口、传递给下级调度单元，从而实现了六级队列对应的五级调度之间的流水操作，极大地提高了调度效率。

根据本发明的另一方面，还提供一种队列调度系统，包括：队列划分模块，用于根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

上述实施例的队列调度系统的队列调度流程与上述队列调度方法实施例相同，故此处不再赘述。

根据上述实施例的队列调度系统，一方面可对多级队列的层次进行灵活设置，另一方面还可灵活设置各调度单元的调度信息，即对调度算法等进行灵活设置，从而能够利用该队列调度方法实现在复杂多级的调度系统中的有效调度，提高网络的QOS。

进一步地，在上述实施例的队列调度系统中，队列调度模块包括：

多个调度器，分别设置在各级队列之间，用于从所述调度单元中的配置寄存器获取配置信息，并从所述调度单元中的状态寄存器获取状态信息；并根据所述配置信息和所述状态信息对所述调度单元中的子队列进行调度，获取调度队列的队列标识；还用于将所述队列标识发送至下一级调度器。

进一步地，在上述实施例的队列调度系统中，配置信息包括队列调度类型信息、队列优先级信息；所述状态信息包括调度状态信息及队列状态信息。

进一步地，在上述实施例的队列调度系统中，配置信息还包括用于标识是否对所述调度单元执行调度的虚实标识信息。

进一步地，在上述实施例的队列调度系统中，逐级连接的多个调度器通过FIFO接口连接。

根据上述实施例的队列调度系统，能够实现各级调度单元之间通过FIFO接口相互协作、并行进行调度，从而实现了六级队列对应的五级调度器之间的流水操作，极大地提高了调度效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种队列调度方法，其特征在于，包括：

根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

2.根据权利要求1所述的队列调度方法，其特征在于，所述根据包括父队列和从属于所述父队列的全部子队列的调度单元中预置的调度信息获取调度队列的队列标识，并根据所述队列标识对应的下一级调度单元中预置的调度信息进行下一级调度的步骤包括：

调度器从所述调度单元中的配置寄存器获取配置信息、从所述调度单元中的状态寄存器获取状态信息；并根据所述配置信息和所述状态信息对所述调度单元中的子队列进行调度，获取调度队列的队列标识；

调度器将所述队列标识发送至下一级调度器；

所述下一级调度器根据所述队列标识查找所述调度队列作为父队列的调度单元，并重复执行上述步骤。

3.根据权利要求2所述的队列调度方法，其特征在于，所述配置信息包括队列调度类型信息、队列优先级信息；所述状态信息包括调度状态信息及队列状态信息。

4.根据权利要求3所述的队列调度方法，其特征在于，所述配置信息还包括用于标识是否对所述调度单元执行调度的虚实标识信息。

5.根据权利要求2至4任一所述的队列调度方法，其特征在于，所述调度器将所述队列标识发送至下一级调度器的步骤包括：

所述调度器将所述队列标识写入到与所述下一级调度器连接的先入先出FIFO接口，以使所述下一级调度器从所述FIFO接口读取所述队列标识。

6.一种队列调度系统，其特征在于，包括：

队列划分模块，用于根据预定标准将队列逐级划分，并形成从属于同一个父队列的子队列的数量为预定值的树状结构的多级队列；

7.根据权利要求6所述的队列调度系统，其特征在于，所述队列调度模块包括：

8.根据权利要求7所述的队列调度系统，其特征在于，所述配置信息包括队列调度类型信息、队列优先级信息；所述状态信息包括调度状态信息及队列状态信息。

9.根据权利要求8所述的队列调度系统，其特征在于，所述配置信息还包括用于标识是否对所述调度单元执行调度的虚实标识信息。

10.根据权利要求7至9任一所述的队列调度系统，其特征在于，逐级连接的多个调度器通过FIFO接口连接。