CN105610733A - 队列调度处理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种队列调度处理方法和系统。其中方法包括：设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。本发明的技术，避免了CPU的等待时间，充分发挥了CPU的性能，从而大大提高了系统性能及设备的处理能力。
Description
技术领域
本发明涉及网络数据处理技术领域，特别是涉及一种队列调度处理方法和系统。
背景技术
在网络处理设备中，执行一个业务的过程，需要执行一系列的流程；为了实现QOS(QualityofService，服务质量)功能，通常把从网络上接收到网络报文进行分类，并根据报文分类结果，把报文缓存在相应的接收队列中；在进行报文转发处理时，根据一定的QOS算法，在具有平等优先级的队列组之间，随机选择一组队列组，然后在队列组中选择一个最优的队列，对该最优队列中的报文进行处理，然后把处理后的报文转发出去。
例如，在网络数据处理时，传统的做法在每一次的报文处理流程中，CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)一般都要经过以下处理流程：
(1)、把最优队列的队列信息从内存中预取到高速缓存中；
(2)、等待硬件预取完成后，从高速缓存中读取队列信息，根据队列信息，计算得到当前队列中等待处理的报文的起始地址；
(3)、根据报文起始地址从内存中预取出报文信息到高速缓存中；
(4)、等待硬件预取完成后，从高速缓存中读取报文并做相应的转发处理。
从以上处理流程中，可以发现，每处理一个流程，CPU都会浪费一定的等待时间，导致CPU处理能力无法得到充分利用，降低了设备处理性能。
发明内容
基于此，有必要针对CPU处理能力无法得到充分利用，降低了设备处理性能问题，提供一种队列调度方法和系统。
一种队列调度处理方法，包括以下步骤：
设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
一种队列调度处理系统，包括：
设置模块，用于设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
记录模块，用于在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述设置模块设置的流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
执行模块，用于在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录模块记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
循环模块，用于循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
上述队列调度方法和系统，通过设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态，在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态，然后控制CPU根据所述记录的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程，通过循环执行各个业务的处理流程，直至各个业务的处理流程处理完成，避免了CPU的等待时间，充分发挥了CPU的性能，从而大大提高了系统性能及设备的处理能力。
附图说明
图1为本发明的队列调度处理方法流程图；
图2为一个实施例的状态机状态迁移示意图；
图3为本发明的流水线状态机示意图；
图4为本发明队列调度处理系统结构示意图；
图5为一个实施例的记录模块系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的队列调度处理方法和系统的具体实施方式作详细描述。
参考图1所示，图1为本发明的队列调度处理方法流程图，包括如下步骤：
步骤S10：设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
在本步骤中，通过设置多个流水线状态机来同时记录多个业务的处理状态，使得CPU可以并行处理多个业务；流水线状态机的个数可以根据业务的每个处理流程时间以及CPU的等待时间来确定。
在一个实施例中，所述业务的处理流程可以包括：预取队列组、预取队列、预取报文、处理报文和读取报文。
每个业务的处理状态则对应的包括：预取队列组状态、预取队列状态、预取报文状态、处理报文状态和读取报文状态。
例如，在网络数据处理过程中，为了实现QOS功能，通常把从网络上接收到网络报文进行分类，然后进行上述预取队列组、预取队列、预取报文、处理报文和读取报文的处理流程。
步骤S20：在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
在本步骤中，由于CPU同时执行多个业务，而每个业务都有多个处理流程，因此需要对每个业务的处理状态进行记录，即记录每个业务将要处理的处理流程。当CPU执行当前任务时，须判断当前业务所述的处理流程，进而才能执行相关处理操作。
在一个实施例中，在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态的步骤可以包括：
若流水线状态机的状态为预取队列组状态，则执行预取队列组信息操作，并设置本状态机为预取队列信息状态；
若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态；
若流水线状态机的状态为预取报文状态，则执行预取报文操作，并设置本状态机为处理报文状态；
若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态。
在一个实施例中，若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态的步骤可以包括：
读取当前状态机的队列组信息，判断当前队列组中是否存在等待处理的报文；
若是，则执行预取最优队列信息操作，并设置本状态机为预取报文内容状态并退出本状态机；
若否，则设置本状态机为预取队列组信息状态。
进一步的，执行预取最优队列信息操作的步骤可以包括：
采用服务质量机制计算队列组中的最优队列及最优队列的起始地址；
利用所述最优队列的起始地址，执行预取最优队列信息操作。
在一个实施例中，若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态的步骤可以包括：
读取报文内容并执行报文处理操作后，判断队列中是否还有等待处理的报文；
若是，则计算下一处理报文的内存起始地址，并执行预取下一报文的操作，并设置本状态机为读取报文状态；
若否，则设置本状态机为预取队列状态。
在一个实施例中，执行预取队列组信息操作的步骤可以包括：
从队列组中随机选取一组队列；
计算所述队列组的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取队列组信息操作。
在一个实施例中，执行预取报文操作的步骤可以包括：
读取当前状态机所选择的最优队列信息；
根据所述最优队列信息计算队列中等待处理的第一个报文的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取报文操作。
在网络处理设备中，为了实现QOS功能，通常把从网络上接收到网络报文进行分类，并根据报文分类结果，把报文缓存在相应的接收队列中；在进行报文转发处理时，根据一定的QOS算法，在具有平等优先级的队列组之间，随机选择一组队列组，然后在队列组中选择一个最优的队列，对该最优队列中的报文进行处理，然后把处理后的报文转发出去。
将每个流水线状态机的初始状态设置为预取队列组信息状态。参考图2所示，图2为一个实施例的状态机状态迁移示意图。每个业务的处理流程需按照图2中的顺序依次执行。
步骤S30：在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
在本步骤中，CPU在执行第一业务的第一处理流程后，不需要再等待一段时间的硬件操作来执行第一业务的第二处理流程，而是转而执行第二业务的第一处理流程，接着执行第三业务的处理流程，直到处理完所有业务的第一处理流程。此时，第一业务的硬件已完成相应操作，CPU则无需等待可直接处理第一业务的第二处理流程，充分发挥了CPU的性能。
步骤S40：循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
参考图3所示，图3为本发明的流水线状态机示意图，多个状态机分别记录每个业务所处的处理流程，CPU根据每个状态机所记录的每个业务当前的处理流程，并按照图3中的箭头方向依次执行多个业务的第一处理流程，知道所有业务的第一处理流程处理完成，重新执行多个业务的第二处理流程，直到所有业务的所有处理流程执行完毕。
为了更加清晰本发明的技术方案的有益效果，下面结合附图阐述基于本发明技术方案的应用实例。
本应用实例中，QOS队列设计如下：设计32K个队列，每8个队列分为一个队列组，共4K个队列组。每个队列组代表一个VLAN(VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网)，每个队列组中的8个队列代表同一VLAN下的8个不同业务流。VLAN之间是不区分优先级的，也就是说每个队列组之间具有平等的优先级，而同一VLAN中的不同业务流之间是有优先级顺序的。
由此可见，系统在对队列中的报文进行调度处理时，可以先从4K个队列组中随机选择一个队列组，然后在所选择的队列组的8个队列中，采用一定的优先级算法计算出当前最优队列，最后从最优队列中依次对队列中的报文进行处理。
本应用实例中，设计8个流水状态机，流水状态机用于从32K个队列中调度报文并处理报文。每个流水状态机有不同的状态——预取队列组信息状态、预取队列信息状态、预取报文信息状态和处理报文状态，流水状态机的初始状态为预取队列组信息状态。
每个流水状态机的处理流程如下：
(1)、获取状态机信息，判断当前状态机的状态，流水状态机的初始状态为预取队列组信息状态。
(2)、如果流水状态机处于预取队列组状态，从4K个队列组中随机选取择一组队列，计算该组队列组信息的内存起始地址，然后用计算所得的地址，执行预取队列组信息操作，最后设置本状态机为预取队列信息状态并退出本状态机。
(3)、如果流水状态机处于预取队列信息状态，读取当前状态机的队列组信息，如果当前队列组中没有任何一个队列存在等待处理的报文，则设置本状态机为预取队列组信息状态并退出本状态机；
如果队列组中至少有一个队列存在报文，则采用一定的QOS机制计算得到8个队列中的最优队列，并计算最优队列的起始地址，然后用计算所得的地址，执行预取最优队列信息操作，最后设置本状态机为预取报文内容状态并退出本状态机。
(4)、如果流水状态机处于预取报文内容状态，读取当前状态机所选择的最优队列信息，根据所读到的信息，计算队列中等待处理的第一个报文的内存起始地址，用该内存起始地址执行预取报文操作后，设置本状态机为处理报文状态并退出本状态机。
(5)、如果流水状态机处于处理报文状态，读取报文内容并执行报文处理操作后，如果队列中还有等待处理的报文，计算下一处理报文的内存起始地址，则执行预取下一报文的操作后，设置本状态机为读取报文状态后退出本状态机；如果队列中所有报文已处理完毕，则设置本状态机为预取队列状态后退出本状态机。
CPU轮换执行上述八个业务的五个处理流程，即，先执行第一业务的预取队列组，然后执行第二业务的预取队列组，依次执行八个业务的预取队列组。然后重新第一业务的预取队列，循环进行，直到第八个业务的处理报文执行结束。
综合上述实施例的技术方案，本发明的队列调度处理方法具有如下明显的优点：
第一，通过设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态，在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态，然后控制CPU根据所述记录的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程，最后循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成，避免了CPU的等待时间，充分发挥了CPU的性能，从而大大提高了系统性能及设备的处理能力。
第二，本发明可以应用于网络数据处理中，并实现QOS功能，即可以对不同业务流之间划分等级，并按照一定的优先级顺序进行处理；并且可以并行地同时处理多个任务，流水线状态机的数量也可以按实际情况进行相应的设定。通过并行执行任务，提高了系统性能，进而可以广泛应用于网络处理系统中。
参考图4所示，图4为本发明队列调度处理系统结构示意图，包括：
设置模块10，用于设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
记录模块20，用于在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述设置模块10设置的流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
执行模块30，用于在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录模块20记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
循环模块40，用于循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
在一个实施例中，所述业务的处理流程可以包括：预取队列组、预取队列、预取报文、处理报文和读取报文。
在一个实施例中，参考图5所示，图5为一个实施例的记录模块系统结构图，所述记录模块20可以包括：
预取队列组信息单元201，用于若流水线状态机的状态为预取队列组状态，则执行预取队列组信息操作，并设置本状态机为预取队列信息状态；
预取队列单元202，用于若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态；
预取报文单元203，用于若流水线状态机的状态为预取报文状态，则执行预取报文操作，并设置本状态机为处理报文状态；
报文处理单元204，用于若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态。
在一个实施例中，所述预取队列单元202可以进一步用于：
读取当前状态机的队列组信息，判断当前队列组中是否存在等待处理的报文；
若是，则执行预取最优队列信息操作，并设置本状态机为预取报文内容状态并退出本状态机；
若否，则设置本状态机为预取队列组信息状态。
进一步的，执行预取最优队列信息操作的步骤可以包括：
采用服务质量机制计算队列组中的最优队列及最优队列的起始地址；
利用所述最优队列的起始地址，执行预取最优队列信息操作。
在一个实施例中，所述报文处理单元204可以进一步用于：
读取报文内容并执行报文处理操作后，判断队列中是否还有等待处理的报文；
若是，则计算下一处理报文的内存起始地址，并执行预取下一报文的操作，并设置本状态机为读取报文状态；
若否，则设置本状态机为预取队列状态。
在一个实施例中，所述预取队列组信息单元201可以进一步用于：
从队列组中随机选取一组队列；
计算所述队列组的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取队列组信息操作。
在一个实施例中，所述预取报文单元203可以进一步用于：
读取当前状态机所选择的最优队列信息；
根据所述最优队列信息计算队列中等待处理的第一个报文的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取报文操作。
本发明的队列调度处理系统与本发明的队列调度处理方法一一对应，在上述队列调度处理方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于队列调度处理系统的实施例中，特此声明。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (16)
1.一种队列调度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
2.根据权利要求1所述的队列调度处理方法，其特征在于，所述业务的处理流程包括：预取队列组、预取队列、预取报文、处理报文和读取报文。
3.根据权利要求2所述的队列调度处理方法，其特征在于，在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态的步骤包括：
若流水线状态机的状态为预取队列组状态，则执行预取队列组信息操作，并设置本状态机为预取队列信息状态；
若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态；
若流水线状态机的状态为预取报文状态，则执行预取报文操作，并设置本状态机为处理报文状态；
若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态。
4.根据权利要求3所述的队列调度处理方法，其特征在于，若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态的步骤包括：
读取当前状态机的队列组信息，判断当前队列组中是否存在等待处理的报文；
若是，则执行预取最优队列信息操作，并设置本状态机为预取报文内容状态并退出本状态机；
若否，则设置本状态机为预取队列组信息状态。
5.根据权利要求4所述的队列调度处理方法，其特征在于，执行预取最优队列信息操作的步骤包括：
采用服务质量机制计算队列组中的最优队列及最优队列的起始地址；
利用所述最优队列的起始地址，执行预取最优队列信息操作。
6.根据权利要求3所述的队列调度处理方法，其特征在于，若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态的步骤包括：
读取报文内容并执行报文处理操作后，判断队列中是否还有等待处理的报文；
若是，则计算下一处理报文的内存起始地址，并执行预取下一报文的操作，并设置本状态机为读取报文状态；
若否，则设置本状态机为预取队列状态。
7.根据权利要求3所述的队列调度处理方法，其特征在于，执行预取队列组信息操作的步骤包括：
从队列组中随机选取一组队列；
计算所述队列组的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取队列组信息操作。
8.根据权利要求3所述的队列调度处理方法，其特征在于，执行预取报文操作的步骤包括：
读取当前状态机所选择的最优队列信息；
根据所述最优队列信息计算队列中等待处理的第一个报文的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取报文操作。
9.一种队列调度处理系统，其特征在于，包括：
设置模块，用于设置多个流水线状态机，分别用于记录各个业务的处理状态；
记录模块，用于在CPU依次执行各个业务的当前处理流程后，通过所述设置模块设置的流水线状态机分别记录各个业务的当前处理状态；
执行模块，用于在所有业务的当前处理流程完成后，控制CPU根据所述记录模块记录的各个业务的当前处理状态依次执行各个业务的下一个处理流程；
循环模块，用于循环执行上述步骤，直至各个业务的处理流程处理完成。
10.根据权利要求9所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述业务的处理流程包括：预取队列组、预取队列、预取报文、处理报文和读取报文。
11.根据权利要求10所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述记录模块包括：
预取队列组信息单元，用于若流水线状态机的状态为预取队列组状态，则执行预取队列组信息操作，并设置本状态机为预取队列信息状态；
预取队列单元，用于若流水线状态机的状态为预取队列状态，则执行相应的操作，并改变所述流水线状态机的状态；
预取报文单元，用于若流水线状态机的状态为预取报文状态，则执行预取报文操作，并设置本状态机为处理报文状态；
报文处理单元，用于若流水线状态机的状态为处理报文状态，则读取报文内容并执行报文处理操作，并改变所述流水线状态机的状态。
12.根据权利要求11所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述预取队列单元进一步用于：
读取当前状态机的队列组信息，判断当前队列组中是否存在等待处理的报文；
若是，则执行预取最优队列信息操作，并设置本状态机为预取报文内容状态并退出本状态机；
若否，则设置本状态机为预取队列组信息状态。
13.根据权利要求12所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述预取队列单元进一步用于：
采用服务质量机制计算队列组中的最优队列及最优队列的起始地址；
利用所述最优队列的起始地址，执行预取最优队列信息操作。
14.根据权利要求11所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述报文处理单元进一步用于：
读取报文内容并执行报文处理操作后，判断队列中是否还有等待处理的报文；
若是，则计算下一处理报文的内存起始地址，并执行预取下一报文的操作，并设置本状态机为读取报文状态；
若否，则设置本状态机为预取队列状态。
15.根据权利要求11所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述预取队列组信息单元进一步用于：
从队列组中随机选取一组队列；
计算所述队列组的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取队列组信息操作。
16.根据权利要求11所述的队列调度处理系统，其特征在于，所述预取报文单元进一步用于：
读取当前状态机所选择的最优队列信息；
根据所述最优队列信息计算队列中等待处理的第一个报文的内存起始地址；
利用所述内存起始地址执行预取报文操作。
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Effective date of registration: 20200110 Address after: 510663 Shenzhou Road, Guangzhou Science City, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangdong, 10 Patentee after: Jingxin Communication System (China) Co., Ltd. Address before: 510663 Shenzhou Road, Guangzhou Science City, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangdong, 10 Co-patentee before: Jingxin Communication System (Guangzhou) Co., Ltd. Patentee before: Jingxin Communication System (China) Co., Ltd. Co-patentee before: Jingxin Communication Technology (Guangzhou) Co., Ltd. Co-patentee before: TIANJIN COMBA TELECOM SYSTEMS CO., LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |