CN104035928A

CN104035928A - 一种tcam表空间回收的方法及装置

Info

Publication number: CN104035928A
Application number: CN201310068830.3A
Authority: CN
Inventors: 范路路
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明公开了一种TCAM表空间的回收方法及装置。通过在CPU内存中维护一张TCAM空间状态表，该表记录了对应TCAM空间的使用状态，当状态表记录TCAM的剩余空间不足以添加新的表项时，触发TCAM空间的回收。与现有技术相比，本发明在真正需要TCAM表空间时，才进行表空间回收操作。因而，平常在TCAM上添加、删除表项会快速完成；同时，由于只在TCAM空间耗尽时，才会触发空间回收，进而执行表项移动操作，其他情况下均不执行表项移动操作，因而，在TCAM查找表项的准确性上，较现有技术也有大幅提升。

Description

一种TCAM表空间回收的方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种TCAM表空间回收的方法及装置。

背景技术

在数据通信中，均会涉及到表项的存储和查找。传统的表项查找方法有很多。例如：线型查找法、二叉树查找法、哈希表查找等，这些查找方法都是基于SRAM的软件查找方法，其共同特点是查找速度慢。随着基于TCAM（Ternary Content Addressable Memory，一种三态内容寻址存储器，主要用于快速查找ACL、路由等表项）的硬件匹配技术越来越成熟，越来越多的应用开始使用这种快速的方式对表项进行存储和查找。在使用TCAM时，选定不同的策略和方法对表空间进行添加、删除等维护性操作，将会极大地影响TCAM使用的效率和实际的匹配结果。

现有技术方案为满足默认的ACL先配置优先级高，后配置优先级低的应用需求，针对TCAM表地址低的优先匹配的硬件特性，对TCAM表空间使用即时回收的策略进行维护。在添加TCAM表项时，申请高地址空间，写入表项；删除TCAM表项时，如果删除的表项地址是使用的最高地址，就直接置表项无效；如果不是最高地址，就把删除点地址到表项最高地址之间的所有表项向低地址移动，把删除点表项覆盖掉，同时把最高地址的表项置为无效；无效表项空间被直接回收，供下次添加新的表项时使用。

这种方法实现TCAM表项操作虽然逻辑简单，但当表项较多，删除较低地址的表项时，需要进行大量的表项移动操作，耗时较长，影响效率。同时频繁的移动操作，相当于频繁的修改表项，会对TCAM查找产生影响，造成误命中的情况出现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种TCAM表空间回收的方法和装置，以解决上述现有技术中存在的不足。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种TCAM空间回收的装置，包括有TCAM空间维护单元、TCAM表项处理单元以及TCAM空间回收单元，其中：

所述TCAM空间维护单元，用于创建TCAM空间状态表，并根据TCAM空间状态的变化，及时维护对应TCAM空间的使用状态；

所述TCAM表项处理单元，用于根据TCAM空间状态表的记录，对实际的TCAM硬件进行表项的添加、删除操作；

所述TCAM空间回收单元，用于当TCAM空间不足以添加新的表项时，启动对TCAM无效表项空间的回收。

其中，当所述TCAM表项处理单元接收到用户添加表项的指示时，通过TCAM空间维护单元获得TCAM空间的状态，当TCAM的剩余空间足够时，直接将所述待添加表项写入TCAM中；当TCAM的剩余空间不足以添加新的表项时，则通知所述TCAM空间回收单元对TCAM空间回收。

其中，所述TCAM空间回收单元完成对TCAM空间的回收后，所述TCAM表项处理单元再次通过TCAM空间维护单元获得TCAM空间回收后的状态，当TCAM的剩余空间足够时，直接将所述待添加表项写入TCAM中，否则，丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

其中，当所述TCAM表项处理单元接收到用户删除表项的指示时，直接通知TCAM空间维护单元将对应表项置为无效。

其中，所述TCAM空间回收单元完成对TCAM空间的回收后，通知TCAM空间维护单元及时对TCAM空间状态表进行更新。

本发明还同时提供一种TCAM空间回收的方法，应用于对TCAM空间的回收，其中，所述方法包括如下步骤：

步骤1、接收用户发送的表项处理的指示，当接收的是TCAM表项添加指示时，则进行步骤2；

步骤2、获取TCAM空间状态，并判断TCAM剩余空间是否满足添加新的表项的空间要求，如果是，则进行步骤3，否则，进行步骤4；

步骤3、向TCAM申请高地址空间，并将待添加的表项写入TCAM中。

步骤4、完成对TCAM空间的回收。

其中，所述装置在完成对TCAM空间的回收后，将再次判断TCAM剩余空间是否满足添加新的表项的空间要求，如果是，则向TCAM申请高地址空间，并将待添加的表项写入TCAM中；否则，则丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

其中，当所述装置接收到用户删除表项的指示时，直接将对应表项置为无效。

其中，所述装置完成对TCAM空间的回收后，还将对TCAM空间状态表进行更新。

与现有的技术相比，本发明不再使用及时回收TCAM表空间的空间维护方法，而是在真正需要TCAM表空间时，才进行TCAM表空间回收操作。因而，在TCAM表空间充足时，添加、删除表项会快速完成；同时，只在TCAM表空间耗尽时，添加表项操作才会触发空间回收，执行表项移动操作，在其他情况下均不执行表项移动操作，因而，在TCAM查找表项的准确性上，较现有技术也有大幅度提升。

附图说明

图1为本发明TCAM表空间回收的装置示意图。

图2为本发明TCAM表空间回收的方法流程示意图。

图3为本发明某应用场景下TCAM表空间回收详细实现流程图。

具体实施方式

为了实现本发明目的，本发明采用的核心技术思想为：通过在CPU内存中维护一张TCAM空间状态表，该表记录了对应TCAM空间的使用状态，当状态表记录TCAM的剩余空间不足以添加新的表项时，触发TCAM空间的回收。与现有技术相比，本发明在真正需要TCAM表空间时，才进行表空间回收操作。因而，平常在TCAM上添加、删除表项会快速完成；同时，由于只在TCAM空间耗尽时，添加表项操作才会触发空间回收，进而执行表项移动操作，其他情况下并不执行表项移动操作，因而不会影响TCAM查找，在TCAM表项查找的准确性上，较现有技术也有大幅度提升。

为使本领域技术人员更加清楚和明白，以下结合本发明附图及实施例，详细描述本发明实现细节。

如图1所示，为本发明TCAM表空间回收的装置示意图。该装置是CPU执行内存中的计算机指令所形成的逻辑装置。该装置包括：TCAM空间维护单元、TCAM表项处理单元以及TCAM空间回收单元。为了实现本发明目的，本发明装置需要在CPU内存中维护一个TCAM空间的状态表，该表的数据结构定义如下表1所示：

表1

在该表1所示的数据结构中，记录了表项是否存在、是否使能、是否有效以及表项对应的ACL Group Id和ACL Rule Id。例如：在本发明具体实施例中，uiValid标识了此表项是否有效，1表示有效，0则表示无效。该表1的其他部分则和ACL等业务相关，具体情况下会有不同。

所述TCAM空间维护单元，用于创建一个如上表1所示的TCAM表项信息数据结构体数组，作为TCAM空间的状态表，其中每一个数组成员代表一个TCAM表项，TCAM低地址到高地址对应该状态表的首到尾。另外，所述TCAM空间维护单元还将根据TCAM空间状态的变化，及时维护对应TCAM空间的使用状态：使用中、被删除、未使用。例如：初始化时，所述TCAM空间维护单元将所有表项都置为无效（uiValid＝0），后面每添加一个表项时，则需要将对应项置为有效（uiValid＝1），如果删除表项时，则将对应项置为无效。

TCAM表项处理单元，用于根据TCAM空间状态表的记录，对实际的TCAM硬件进行表项的添加、删除等操作。

当TCAM表项处理单元接收到用户发送的表项添加的指示时，首先通过TCAM空间维护单元判断TCAM空间状态表记录的TCAM的剩余空间是否满足添加新的表项的空间要求，如果满足，则向TCAM申请高地址空间，并写入该表项；反之，如果TCAM的剩余空间不足以满足添加新的表项，则通知TCAM空间回收单元完成对TCAM空间的回收，具体为TCAM空间回收单元把在此之前表项已置为无效的地址到表项最高地址之间的所有表项向低地址移动，把无效表项覆盖掉，同时把腾出的最高地址的表项置为无效，这样，回收前的所有无效表项空间就都被回收起来。TCAM表项处理单元再向TCAM申请高地址空间，并完成写入本次需要添加的表项。需要说明的是，如果TCAM空间回收后仍不足以满足添加新的表项的空间要求时，则TCAM表项处理单元直接丢弃本次表项添加请求，并向用户返回添加表项失败的响应。或者按照尽力原则，添加部分新的表项，当TCAM表项写满后，再将余下未能添加的表项丢弃，并向客户反馈这些未添加的表项失败的响应。

当TCAM表项处理单元接收到表项删除的指示时，由于此时不会涉及到TCAM空间不够的问题，因此，TCAM表项处理单元无需获得TCAM空间是否足够的信息，此时仅直接通知TCAM空间维护单元将对应表项置为无效。需要说明的是，此处与现有技术不同，在本发明中该表项并未真正地删除，亦即，当删除的表项地址非为TCAM表项最高地址时，TCAM表项处理单元不会通知TCAM空间回收单元把删除点地址到表项最高地址之间的所有表项向低地址移动，进而把删除点表项覆盖掉，仅把该需要删除的对应表项置为无效，直到TCAM剩余空间不足以添加新的表项时，再通过TCAM空间回收单元一次性进行回收。

TCAM空间回收单元，用于当TCAM空间不足以添加新的表项时，启动对TCAM无效表项空间的回收。

具体为，当TCAM空间回收单元接收到TCAM表项处理单元的TCAM空间回收指示后，把TCAM中置为无效的表项地址到表项最高地址之间的所有表项向低地址移动，进而把所有无效表项覆盖掉。同时将腾出的最高地址的表项置为无效，供添加新的表项使用。

对应于前述TCAM空间回收的装置，本发明同时提供了本发明还同时提供一种TCAM空间回收的方法，应用于对TCAM空间的回收，其中，所述方法包括如下步骤：

步骤4、完成对TCAM空间的回收。

其中，所述装置在完成步骤4对TCAM空间的回收后，将再次判断TCAM剩余空间是否满足添加新的表项的空间要求，如果是，则向TCAM申请高地址空间，并将待添加的表项写入TCAM中；否则，则丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

进一步如图3所示，为本发明装置在某应用场景下TCAM表空间回收详细实现流程图。其中所述装置具体是CPU执行内存中的计算机指令所形成的逻辑装置。该装置上包括有TCAM空间维护单元、TCAM表项处理单元以及TCAM空间回收单元。

当所述TCAM表项处理单元接收到用户发送的添加TCAM表项指示时，所述TCAM表项处理单元通知TCAM空间维护单查看TCAM空间状态表，查看TCAM硬件剩余空间的状态。

具体地，如果TCAM处于初始化状态，所述TCAM空间维护单元将所有表项都置为无效（uiValid＝0），此时该状态表对应的状态为空。当TCAM表项处理单元接收到用户发送的表项添加指示时，则从表首开始顺序添加表项，并在所述待添加的表项写入TCAM内后，返回成功写入的响应信息。同时，将对应项置为有效（uiValid＝1）。

如果TCAM非处于初始化状态，表明在此之前所述TCAM表项处理单元已向TCAM硬件中写入有表项，此时，所述TCAM空间维护单元查询到的TCAM状态表必定不为空，此时，如果所述TCAM表项处理单元接收到添加表项的指示时，所述TCAM表项处理单元通知TCAM空间维护单元搜索最后一个表项，并记录此表项地址addr1和表尾到此地址间的空闲表项数N，并进一步判断TCAM空闲表项数N是否大于或等于待添加新的表项表项数，如果TCAM空闲表项数N大于或等于待添加新的表项数，则所述TCAM表项处理单元在addr1+1地址处开始顺序添加表项，并在所述待添加的表项写入TCAM内后，返回成功写入的响应信息。同时，将对应项置为有效（uiValid＝1）。

如果TCAM空间维护单元判断TCAM空闲表项数N不足以添加新的表项表，则通知TCAM空间回收单元启动TCAM空间回收。具体为TCAM空间回收单元将addr1到表首之间的所有有效表项顺次项移动，把addr1到表首之间所有的无效表项覆盖掉，使得腾出的空闲表项向表尾汇聚。随后通知TCAM空间维护单元将这些腾出的空闲表项置为0，使之处理无效状态。这样，addr1到表首之间的所有无效表项空间就都被回收起来。

随后，TCAM表项处理单元再次通知TCAM空间维护单元重新搜索最后一个表项，并记录此表项地址addr2和表尾到此地址间的空闲表项数M，并进一步判断TCAM空闲表项数M是否大于或等于待添加新的表项表项数，如果TCAM空闲表项数M大于或等于待添加新的表项数，则所述TCAM表项处理单元在addr2+1地址处开始顺序添加表项，并在所述待添加的表项写入TCAM内后，返回成功写入的响应信息。同时，将对应项置为有效（uiValid＝1）。否则，则丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

进一步地，如果TCAM表项处理单元接收到表项删除的指示时，由于此时不会涉及到TCAM空间不够的问题，因此，TCAM表项处理单元无需获得TCAM空间是否足够的信息，仅直接通知TCAM空间维护单元将对应表项置为无效。需要说明的是，此处与现有技术不同，在本发明中该表项并未真正地删除，亦即，此时TCAM表项处理单元并不会象现有技术那样，通知TCAM空间回收单元把删除点地址到表项最高地址之间的所有表项向低地址移动，进而把删除点表项覆盖掉，而仅通知TCAM空间维护单元将对应表项置为无效，直到TCAM剩余空间不足以添加新的表项时，再通过TCAM空间回收单元一次性进行回收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种TCAM空间回收的装置，包括有TCAM空间维护单元、TCAM表项处理单元以及TCAM空间回收单元，其特征在于：

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述TCAM表项处理单元接收到用户添加表项的指示时，通过TCAM空间维护单元获得TCAM空间的状态，当TCAM的剩余空间足够时，直接将所述待添加表项写入TCAM中；当TCAM的剩余空间不足以添加新的表项时，则通知所述TCAM空间回收单元对TCAM空间回收。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述TCAM空间回收单元完成对TCAM空间的回收后，所述TCAM表项处理单元再次通过TCAM空间维护单元获得TCAM空间回收后的状态，当TCAM的剩余空间足够时，直接将所述待添加表项写入TCAM中，否则，丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述TCAM表项处理单元接收到用户删除表项的指示时，直接通知TCAM空间维护单元将对应表项置为无效。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述TCAM空间回收单元完成对TCAM空间的回收后，通知TCAM空间维护单元及时对TCAM空间状态表进行更新。

6.一种TCAM空间回收的方法，应用于对TCAM空间的回收，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤4、完成对TCAM空间的回收。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述装置在完成对TCAM空间的回收后，将再次判断TCAM剩余空间是否满足添加新的表项的空间要求，如果是，则向TCAM申请高地址空间，并将待添加的表项写入TCAM中；否则，则丢弃本次添加表项的请求，并向用户返回添加表项失败的响应，或者按照尽力原则，添加部分表项，并丢弃本次未添加的表项，然后向用户返回未添加表项失败的响应。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述装置接收到用户删除表项的指示时，直接将对应表项置为无效。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置完成对TCAM空间的回收后，还将对TCAM空间状态表进行更新。