CN108768781B - 避免死锁的无丢失流量控制方法及装置 - Google Patents

避免死锁的无丢失流量控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种避免死锁的无丢失流量控制方法及装置，所述方法包括：对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。本发明实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制方法及装置，通过对入端口进行数据流量监测，获得入端口的当前入队列长度，并根据当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率，将调节速率发送给出端设备，以使出端设备根据调节速率更新出端口的当前数据发送速率，从而实现出端口的发送速率不为零，避免造成出端口占用并等待，避免死锁发生。

Description

避免死锁的无丢失流量控制方法及装置
技术领域
本发明涉及网络数据传输技术领域，尤其涉及一种避免死锁的无丢失流量控制方法及装置。
背景技术
为了避免网络丢包造成的性能损失，IEEE数据中心桥接(DCB)工作组设计了逐跳的基于优先级流量控制(PFC)机制来保证无丢失。PFC通过反馈流量控制信令来控制发送端口状态(暂停/恢复)。PFC观测入端口的队列长度，当队列长度超过XOFF阈值时，该端口向出端口发送暂停(PAUSE)信令，使出端口停止发送；当队列长度低于XON阈值时，向出端口发送恢复(RESUME)信令，使出端口恢复全速发送状态。只要XOFF的设置预留足够的缓存余量来吸收信令反馈时延(从端口生成PAUSE信令到实际的输入速率降为0的时间间隔)中超发的数据分组，那么PFC就可以保证无丢失。
但PFC虽然可以保证无丢失，但是在实际运行中会引入网络死锁的问题。死锁是当网络中存在一个缓存循环依赖关系(CBD)时，所有处于这个循环中的交换机暂停出端口的发送，并同时等待着来自入端口的RESUME信令。在实际场景中，虽然死锁发生的概率很小，但是一旦死锁发生，所有处于CBD内的交换机都不能正常工作，并且对于出端口的PAUSE会一直传递到端节点上并暂停所有沿途端口的发送。因此一个局部的死锁可能会使全网丧失数据转发能力。PFC导致死锁的主要原因是当其暂停入端口的发送时，出端口就会处于″占用并等待″(Hold and Wait)状态(数据帧占用当前端口的缓存，并等待着下游端口的可用缓存)。″占用并等待″是引发死锁的一个必要条件。
发明内容
本发明提供一种避免死锁的无丢失流量控制方法及装置，用于解决现有技术中无丢失控制时易出现死锁的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种避免死锁的无丢失流量控制方法，包括：
对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
可选地，所述速率递减函数为阶梯函数，满足的条件包含：
Bm-Bi≥22-i·C·τ时，
Figure GDA0002387976920000021
其中，B1≤Bm-2·C·τ，i＝1，2，…，m，R0＝C；
其中，i为阶梯函数的阶梯级数，m为阶梯函数的总级数，C为线速，τ为反馈时延，Bi为第i级阶梯的起始位置所代表的入队列长度，Ri为第i级阶梯所对应的调节速率。
可选地，还包括：
当所述调节速率等于入队列的排空速率时，不向所述出端设备发送所述调节速率。
第二方面，本发明实施例提供一种避免死锁的无丢失流量控制装置，包括：
监测模块，用于对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
调节模块，用于根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
发送模块，用于将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
可选地，所述速率递减函数为阶梯函数，满足的条件包含：
Bm-Bi≥22-i·C·τ时，
Figure GDA0002387976920000031
其中，B1≤Bm-2·C·τ，i＝1，2，…，m，R0＝C；
其中，i为阶梯函数的阶梯级数，m为阶梯函数的总级数，C为线速，τ为反馈时延，Bi为第i级阶梯的起始位置所代表的入队列长度，Ri为第i级阶梯所对应的调节速率。
可选地，所述发送模块，还用于：当所述调节速率等于入队列的排空速率时，不向所述出端设备发送所述调节速率。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器、总线及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制方法及装置，通过对入端口进行数据流量监测，获得入端口的当前入队列长度，并根据当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率，将调节速率发送给出端设备，以使出端设备根据调节速率更新出端口的当前数据发送速率，从而实现出端口的发送速率不为零，避免造成出端口占用并等待，避免死锁发生。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的避免死锁的无丢失流量控制方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的阶梯函数的示意图；
图3为本发明一实施例提供的避免死锁的无丢失流量控制装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供一种避免死锁的无丢失流量控制方法，包括：
S11、对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
S12、根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
S13、将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
针对步骤S11-步骤S13，需要说明的是，在本发明实施例中，网络数据传输要考虑网络丢包造成的性能损失，因此，需实时对入端设备和出端设备的端口流量进行监测。在本发明实施例中，入端设备和出端设备可为交换机，每台交换机连接一台或多台服务端，实现服务端与服务端之间的数据传输。
在本发明实施例中，入端口流量在排空，出端口流量在发送，要想不造成死锁以及丢失流量，需要保持发送和排空持续进行，发送速率不为零。因此，入端设备对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度。
为了对发送速率进行控制，同时为了使入队列长度增加较慢，因此，需采用递减函数对发送速率进行控制。根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率。该调节速率用于发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。由于本发明的调节，发送速率会随之不断降低。队列长度会一直增长到qs，使得发送速率等于Rd。Rd为排空速率。之后队列会稳定在qs，此时发送速率与排空速率相等，队列不再变化。
在本发明实施例中，所述递减函数为具有递减效果的函数，具体可包含以下几种：
(1)线性递减函数，例如：
Figure GDA0002387976920000051
(2)指数递减函数，例如：
Figure GDA0002387976920000052
(3)各类递减函数的分段组合。
其中，B为当前入队列长度，R为发送速率，C为线速，Bm是最大队列长度，B0是开始减速的队列长度阈值。
其中，线速英文里是line rate。它的具体意思是物理网口的全速发送速度。比如：一个百兆以太网交换机，那么它的每个端口的线速都是100Mbps。
需要说明的是，在本发明实施例中，凡是一个队列到速率的映射函数能达到″队列稳定在qs附近，发送速率与排空速率相匹配”的目的，都在这个保护范围之内。
本发明实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制方法，通过对入端口进行数据流量监测，获得入端口的当前入队列长度，并根据当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率，将调节速率发送给出端设备，以使出端设备根据调节速率更新出端口的当前数据发送速率，从而实现出端口的发送速率不为零，避免造成出端口占用并等待，避免死锁发生。
本发明一实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制方法，包括：
S21、对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
S22、根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
S23、将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
针对步骤S21-步骤S23，需要说明的是，在本发明实施例中，网络数据传输要考虑网络丢包造成的性能损失，因此，需实时对入端设备和出端设备的端口流量进行监测。在本发明实施例中，入端设备和出端设备可为交换机，每台交换机连接一台或多台服务端，实现服务端与服务端之间的数据传输。
在本发明实施例中，入端口流量在排空，出端口流量在发送，要想不造成死锁以及丢失流量，需要保持发送和排空持续进行，发送速率不为零。因此，入端设备对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度。
为了对发送速率进行控制，同时为了使入队列长度增加较慢，因此，需采用递减函数对发送速率进行控制。根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率。该调节速率用于发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
在本发明实施例中，为了减少入端设备实时计算调节速率，以及实时向出端设备发送调节速率，造成带宽的占用。故在本发明实施例中，所述速率递减函数为阶梯函数，其实给出一种参考映射函数设计思路，如图2所示。阶梯函数满足的条件包含：
Bm-Bi≥22-i·C·τ时，
Figure GDA0002387976920000061
其中，B1≤Bm-2·C·τ，i＝1，2，…，m，R0＝C；
其中，i为阶梯函数的阶梯级数，m为阶梯函数的总级数，C为线速，τ为反馈时延，Bi为第i级阶梯的起始位置所代表的入队列长度，Ri为第i级阶梯所对应的调节速率。
采用阶梯函数的好处是仅当队列长度从一个阶段进入另一个阶段时才会触发信令反馈，极大减少了带宽占用。
假设该入端口队列的排空速率为Rd，那么队列长度会逐渐增长到Bi，使得Ri≤Rd≤Ri-1。此时队列会一直在Bi附近波动。这样便达到了无丢失的目的，并且没有″占用并等待″状态出现。
本发明实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制方法，通过对入端口进行数据流量监测，获得入端口的当前入队列长度，并根据当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率，将调节速率发送给出端设备，以使出端设备根据调节速率更新出端口的当前数据发送速率，从而实现出端口的发送速率不为零，避免造成出端口占用并等待，避免死锁发生。
图3示出了本发明一实施例提供一种避免死锁的无丢失流量控制装置，包括监测模块31、调节模块32和发送模块33，其中：
监测模块31，用于对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
调节模块32，用于根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
发送模块33，用于将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。
本发明实施例提供的一种避免死锁的无丢失流量控制装置，通过对入端口进行数据流量监测，获得入端口的当前入队列长度，并根据当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率，将调节速率发送给出端设备，以使出端设备根据调节速率更新出端口的当前数据发送速率，从而实现出端口的发送速率不为零，避免造成出端口占用并等待，避免死锁发生。
图4示出了本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器41、存储器42、总线43及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的方法，例如包括：对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法，例如包括：对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种避免死锁的无丢失流量控制方法，其特征在于，包括：
对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率；
其中，所述速率递减函数为阶梯函数，满足的条件包含：
Bm-Bi≥22-i·C·τ时，
Figure FDA0002574636950000011
其中，B1≤Bm-2·C·τ，i＝1，2，…，m，R0＝C；
其中，i为阶梯函数的阶梯级数，m为阶梯函数的总级数，C为线速，τ为反馈时延，Bi为第i级阶梯的起始位置所代表的入队列长度，Ri为第i级阶梯所对应的调节速率；
还包括：
当所述调节速率等于入队列的排空速率时，不向所述出端设备发送所述调节速率。
2.一种避免死锁的无丢失流量控制装置，其特征在于，包括：
监测模块，用于对入端口进行数据流量监测，获得所述入端口的当前入队列长度；
调节模块，用于根据所述当前入队列长度和预设的速率递减函数获得调节速率；
发送模块，用于将所述调节速率发送给出端设备，以使所述出端设备根据所述调节速率更新出端口的当前数据发送速率；
其中，所述速率递减函数为阶梯函数，满足的条件包含：
Bm-Bi≥22-i·C·τ时，
Figure FDA0002574636950000012
其中，B1≤Bm-2·C·τ，i＝1，2，…，m，R0＝C；
其中，i为阶梯函数的阶梯级数，m为阶梯函数的总级数，C为线速，τ为反馈时延，Bi为第i级阶梯的起始位置所代表的入队列长度，Ri为第i级阶梯所对应的调节速率；
所述发送模块，还用于：当所述调节速率等于入队列的排空速率时，不向所述出端设备发送所述调节速率。
3.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、总线及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的方法。
4.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的方法。
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