CN115208810A

CN115208810A - 一种转发流表加速方法及装置、电子设备和存储介质

Info

Publication number: CN115208810A
Application number: CN202110389403.XA
Authority: CN
Inventors: 袁光; 黄益人
Original assignee: Essex Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Essex Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-18

Abstract

本公开涉及一种转发流表加速方法及装置、电子设备和存储介质，所述方法包括：根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项，所述流表缓存为静态随机存储器；在所述第一匹配查询未查询到匹配流表项的情况下，根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，所述第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值。本公开实施例可提高在流表缓存中查找流表项的匹配命中速度，提高待转发流表的转发效率。

Description

一种转发流表加速方法及装置、电子设备和存储介质

技术领域

本公开涉及计算机技术领域，尤其涉及一种转发流表加速方法及装置、电子设备和存储介质。

背景技术

网络设备中的转发流表用于存储数据流的分类匹配条件、统计信息、转发规则等数据。在高速网络转发场景中，转发流表通常存储在单片机内部的静态随机存储器(StaticRandom-Access Memory，SRAM)中。由于受到存储面积、功耗、成本的限制，通常SRAM的存储容量不会很大。

为了提高存储的流表表项的数量，可以使用相对于SRAM单位成本较低、容量更大的动态随机存储器。例如，将双倍速率同步动态随机存储器(Double Data RateSynchronous Dynamic Random Access Memory,DDR)与SRAM配合使用。但是，由于DDR的读写访问速度远小于SRAM。所以，一般使用这种方案的网络设备，无法线速处理数据流；并且在转发数据流的过程中，数据传输的延迟和抖动也非常大。

发明内容

本公开提出了一种转发流表加速技术方案。

根据本公开的一方面，提供了一种转发流表加速方法，包括：

根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项，所述流表缓存为静态随机存储器；

在所述第一匹配查询未查询到匹配流表项的情况下，根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；

在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，所述第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，包括：

根据所述关键字，在第二外存储单元进行匹配查询；所述第二外存储单元用于存储在第二匹配查询中查找到的匹配流表项；

在第二外存储单元中未查询到匹配的流表项的情况下，根据所述关键字，在第一外存储单元进行匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；所述第一外存储单元用于存储中央处理器CPU下发的流表项，所述第一外存储单元的读写方式为CPU通过执行软件指令读写；

将第一外存储单元中与所述关键字匹配的流表项写入第二外存储单元；所述第二外存储单元的读写方式为通过读写控制器直接读写。

在一种可能的实现方式中，所述写入的模式包括：即时写入模式或延迟写入模式，在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，包括：

在所述即时写入模式下，将所述第一流表项写入流表缓存；

在所述延迟写入模式下，确定所述第一流表项的活跃状态，将活跃状态为有效状态的第一流表项写入流表缓存，所述有效状态表征所述流表项被匹配命中的频繁程度高于所述第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

获取所述第一流表项第n次被命中的时间和第n+1次被命中的时间；其中n≥1，且n为整数；

确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差；

若所述时间差小于第一时间阈值，确定所述第一流表项的活跃状态为有效状态。

在一种可能的实施方式中，所述活跃状态包括：有效状态和无效状态；所述第一流表项的活跃状态初始值为无效状态。

在一种可能的实施方式中，确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差，包括：

获取所述第一流表项第n次被命中后的系统时间；

根据所述第一流表项第n次被命中后的系统时间更新时间戳；所述时间戳的初始值为0；

获取所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间；

根据所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间和所述时间戳，获得所述时间差。

在一种可能的实施方式中，在根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项后，还包括：

若有匹配流表项，将所述匹配流表项作为查询结果输出；

在所述根据所述关键字，在第一外存储单元进行匹配查询后，还包括：

若无匹配流表项，启动异常处理。

根据本公开的一方面，提供了一种发流表加速装置，包括：

第一匹配查询单元，用于根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项，所述流表缓存为静态随机存储器；

第二匹配查询单元，用于在所述第一匹配查询未查询到匹配流表项的情况下，根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；

流表缓存读写单元，用于在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，所述第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第二匹配查询单元，包括：

第二外存储匹配查询单元，用于根据所述关键字，在第二外存储单元进行匹配查询；所述第二外存储单元用于存储在第二匹配查询中查找到的匹配流表项；

第一外存储匹配查询单元，用于在第二外存储单元中未查询到匹配的流表项的情况下，根据所述关键字，在第一外存储单元进行匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；所述第一外存储单元用于存储中央处理器CPU下发的流表项，所述第一外存储单元的读写方式为CPU通过执行软件指令读写；

第二外存储读写单元，用于将第一外存储单元中与所述关键字匹配的流表项写入第二外存储单元；所述第二外存储单元的读写方式为通过读写控制器直接读写。

在一种可能的实现方式中，所述写入的模式包括：即时写入模式或延迟写入模式，所述流表缓存读写单元，包括：

流表缓存第一读写子单元，用于在所述即时写入模式下，将所述第一流表项写入流表缓存；

流表缓存第二读写子单元，用于确定所述第一流表项的活跃状态，将活跃状态为有效状态的第一流表项写入流表缓存，所述有效状态表征所述流表项被匹配命中的频繁程度高于所述第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

第一命中时间获取单元，用于获取所述第一流表项第n次被命中的时间和第n+1次被命中的时间；其中n≥1，且n为整数；

时间差获取单元，用于确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差；

活跃状态判断单元，用于若所述时间差小于第一时间阈值，确定所述第一流表项的活跃状态为有效状态。

在一种可能的实现方式中，所述活跃状态包括：有效状态和无效状态；所述第一流表项的活跃状态初始值为无效状态。

在一种可能的实现方式中，所述时间差获取单元，包括：

第二命中时间获取单元，用于获取所述第一流表项第n次被命中后的系统时间；

时间戳更新单元，用于根据所述第一流表项被第n次被命中后的系统时间更新时间戳；所述时间戳的初始值为0；

第三命中时间获取单元，用于获取所述第一流表项被第n+1次被命中后的系统时间；

时间差获取子单元，用于根据所述第一流表项被第n+1次被命中后的系统时间和所述时间戳，获得所述时间差。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

查询结果输出单元，用于若有匹配流表项，将所述匹配流表项作为查询结果输出；

异常处理单元，用于若无匹配流表项，启动异常处理。

根据本公开的一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。

根据本公开的一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。

在本公开实施例中，将外存储单元与流表缓存结合使用。使用待转发数据包的关键字，在流表缓存中查询对应的流表项；如果未找到匹配流表项，则在外存储单元中，继续查找与该数据包的关键字匹配的流表项；此时，若有匹配流表项且该流表项活跃状态为有效状态，则将其写入流表缓存。因此，当有数据包需要转发时，特别是针对某段时间内频繁转发的数据包，该数据包关键字对应的流表项将从外存储单元写入流表缓存，可以提高在流表缓存中查找流表项的匹配命中速度，进而提高待转发流表的转发效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。

图1示出根据本公开实施例的转发流表加速方法的流程图。

图2示出根据本公开实施例的转发流表加速装置图。

图3示出根据本公开实施例的第一流表项活跃状态判断图。

图4示出根据本公开实施例的转发流表加速装置的框图。

图5示出根据本公开实施例的电子设备的框图。

图6示出根据本公开实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

随着网络技术的发展，人们在生活、工作中对网络的使用越来越频繁，跨区域协作、多种类设备组合使用已成为重要的工作方式。因此，对数据交换、传输速度提出了更高的要求。

在数据的交换、传输中，要经过一次或多次转发，为了提高待转发数据包的转发速度，本公开实施例提供了一种转发流表加速的方法，该方法有效利用了SRAM快速读写的优势来存储活跃的流表项，并且提高了它的存储空间利用率，使得数据包的关键字能够更快速地被命中，提高数据包被转发的效率。

本公开实施例提供的转发流表加速方法可以用于路由器、交换机等网络设备中，能够实现加速数据包转发的功能，具有较高的应用价值。

图1示出根据本公开实施例的转发流表加速方法的流程图，如图1所示，所述转发流表加速方法包括：

在步骤S11中，根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项，所述流表缓存为静态随机存储器。

数据包可以是传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)通信传输中所传输的数据单元。数据包往往包括包头和包体，其中，包头部分通常会包括：版本号，报头长度，服务类型，数据包总长度，标识，标志，源IP地址，目的IP地址等信息。

数据流可以是经过同一网络中具有某种共同特征或属性的数据。例如，可以将访问同一目的地址的数据视为一个流。流一般由网络管理员定义，可以根据不同的流执行不同的策略。网络传输的每一条流对应一个流表项。流表项中可以记录数据流的转发规则、流状态、缓存状态等信息。

流表可以是针对特定流策略的流表项构成的集合。流表可以存储于流表缓存中，在一种可能的实现方式中，流表缓存可以是SRAM，使用读写速度占优势的SRAM存储流表，可以提高流表项的查询匹配速度，进而提高数据包转发速度。

在一种可能的实现方式中，可以以数据包包头信息的某部分作为关键字，例如：选择目的IP地址作为关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，查询方法可以为泛型字典、完全平衡树、哈希散列表等，本公开实施例对于关键字的选取和查询方法不做限定。

示例性地，可以将上述关键字输入到哈希函数模块中，根据该关键字生成哈希地址，其中，哈希地址的高位用于在流表中查询，哈希地址的低位用于储存流表项在流表缓存中存储地址的索引信息；以该哈希地址的高位在流表缓存中查询，将流表项中存储的哈希高位地址与哈希函数模块生成的高位地址进行比较，以获得与待转发数据包相匹配的流表项。所述哈希函数模块为软件程序，用于针对带转发数据包的关键字生成哈希地址。

在步骤S12中，在所述第一匹配查询未查询到匹配流表项的情况下，根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项。

由于流表缓存中存储的流表项为外存储单元中被查询命中的频繁程度较高的流表项，因此，在待转发数据包为第一次被转发的情况下，它所对应的关键字无法在流表缓存中查询到匹配表项；另外，由于SRAM容量往往有限，所以流表缓存中存储的流表的表项数量往往也有限，也会使得待转发数据包无法在流表缓存中查询到匹配流表项。

因此，对于在第一查询中没有查询到匹配流表项的关键字，可以在外存单元继续进行第二匹配查询。其中，查询方法可以与步骤S11相同，本公开实施例不做限定。

外存储单元可以为DRAM、DDR等动态随机存储器。而且，外存储单元可以为一个或多个，外存储单元的存储空间大于流表缓存，是流表缓存的扩展。本公开实施例不对外存储的类型和数量做限定。

在步骤S13中，在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，所述第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值。

通过第二匹配查询，在外存储单元中查询与关键字匹配的流表项，为便于后续描述，这里将查询到的流表项称为第一流表项。

在将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存的过程中，可以通过外存流表读写控制器从外存储单元读出第一流表项，然后，由流表缓存读写控制器将第一流表项写入流表缓存，这里的外存流表读写控制器为控制读写外存储单元的流表项的硬件，流表缓存读写控制器为控制读写流表缓存内的流表项的硬件。

第一流表项还应满足被查询命中的频繁程度高于预先设定的第一阈值，该频繁程度用于表征，在某段时间内被查询命中的流表项的活跃程度。该频繁程度可以用某段时间内流表项被查询命中的次数表示，也可以用流表项两次被匹配命中的时间差来表示，本公开实施例对于频繁程度的表示方法不做限定。

示例性地，应用本公开实施例提供的转发流表加速方法的设备在启用之初，转发数据包比较单一的情况下，待转发的数据包对应的数据项不多，可以设置一个较低的第一阈值，当待转发数据包对应的关键字在外存储单元查询到匹配流表项后，并且被匹配的次数高于第一阈值，此时则通过外存流表读写控制器和流表缓存读写控制器，将该匹配的流表项写入流表缓存，示例性地，该设备可以为交换机等。

示例性地，在某段时间内，待转发的某数据包的转发频率很低，且在流表缓存中没有匹配的流表项时，可以在此段时间内设置一个较高的第一阈值，减缓将此流表项从外存储单元更新到流表缓存的速度；之后，在某段时间内此数据包的转发频率提高的情况下，则可以将第一阈值降低，加速将数据包的匹配流表项更新到流表缓存中。然后可以将第一阈值恢复在一个较高的取值范围，以免将转发频率不高的流表项写入到流表缓存中，占用流表缓存空间。因此，第一阈值的设定可以适用于不同使用场景，调节流表缓存中流表项的更新速度。

当待转发数据包再次被转发时，由于流表缓存已经完成更新，继续使用待转发数据包的关键字在流表缓存中进行匹配查询时，便可以快速查找到匹配的流表项，以加速流表转发，进而加速数据转发，实现数据流的线速处理。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，包括：根据所述关键字，在第二外存储单元进行匹配查询；所述第二外存储单元用于存储在第二匹配查询中查找到的匹配流表项；在第二外存储单元中未查询到匹配的流表项的情况下，根据所述关键字，在第一外存储单元进行匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；所述第一外存储单元用于存储中央处理器CPU下发的流表项，所述第一外存储单元的读写方式为CPU通过执行软件指令读写；将第一外存储单元中与所述关键字匹配的流表项写入第二外存储单元；所述第二外存储单元的读写方式为通过读写控制器直接读写。

第一外存储单元和第二外存储单元可以均为动态随机存储器，本公开实施例不对第一外存储单元与第二外存储单元具体规格做限定。在第一外存储单元没有流表的情况下，由CPU向第一外存储器中下发一套流表，可称为内建流表。第二外存储单元中用于存储外存流表，该外存流表中存储的表项为第一存储单元中被匹配命中过的流表项。

在本公开实施例中，可以在外存流表内，对步骤S12中第一匹配查询中未查询到匹配流表项的关键字进行匹配查询，在第二外存储单元中也未查询到匹配流表项的情况下，将在第一外存储单元的内建流表中对该关键字做匹配查询。当在内建流表查询到匹配流表项的情况下，CPU通过执行软件指令从第一外存储单元中将该匹配流表项读出，外存流表读写控制器将该匹配流表项写入第二外存储单元内的外存流表。

第一外存储单元中存储的流表项是经CPU下发而来，第二外存储单元中存储的流表项为第一外存储单元中被匹配命中的流表项。所以，第一外存储单元中的流表项比第二外存储单元中的流表项数量上更多，可以提高查询流表项的匹配命中率，而第二外存储单元中的流表项相比第一外存储单元中的流表项更活跃，可以提高查找流表项的匹配命中速度。另外，由于外存读写控制器使用逻辑电路对第二外存储单元进行直接读写，所以第二外存储单元的读写速度比第一外存储单元的读写速度快。因此，当需要通过第二外存储单元对流表缓存进行更新时，外存流表读写控制器可以快速读出待更新的流表项，减少流表缓存获得更新的时间，提高效率。

在一种可能的实现方式中，所述写入的模式包括：即时写入模式或延迟写入模式，在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，包括：在所述即时写入模式下，将所述第一流表项写入流表缓存；在所述延迟写入模式下，确定所述第一流表项的活跃状态，将活跃状态为有效状态的第一流表项写入流表缓存，所述有效状态表征所述流表项被匹配命中的频繁程度高于所述第一阈值。

在本公开实施例中，在步骤S13的第二匹配查询中查询到待转发数据包的关键字匹配的流表项以后，需要判断该流表项在第二外存储单元中被匹配命中的频繁程度是否高于预先设置的第一阈值，如果该频繁程度高于第一阈值，则该流表项的活跃状态为有效状态。对于活跃状态为有效的流表项即第一流表项，由外存流表读写控制器从第二外存储单元中读出，然后通过流表缓存读写控制器，将第一流表项写入到流表缓存。

用户可以预先设置写入模式，来确定第一流表项写入流表缓存的时机，对于即时写入模式，在第二匹配查询中查询到匹配的第一流表项后，就将该第一流表项写入流表缓存，也就是说，表征频繁程度的第一阈值可以视为0，即第一流表项一次被命中即写入流表缓存。而在延迟写入模式下，可以设置第一流表项多次被匹配才满足被写入流表缓存的条件，具体匹配次数依预先设置的第一阈值而定。

由此可见，根据不同场景需求，控制外存储单元对流表缓存的更新速度，合理调整更新速度，可以提高流表缓存的利用率，进而提高在流表缓存中查找流表项的匹配命中速度，提高流表转发效率。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：获取所述第一流表项第n次被命中的时间和第n+1次被命中的时间；其中n≥1，且n为整数；确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差；若所述时间差小于第一时间阈值，确定所述第一流表项的活跃状态为有效状态。

示例性地，第一流表项被匹配命中的频繁程度可以用连续两次被匹配命中的时间差来表示。具体来说，可以获取到第一流表项第n次被命中的时间，该时间即第一流表项第n次被命中时的系统时间，同样地获取第一流表项第n+1次被匹配命中时的系统时间，将两次系统时间的时间差与预先设置的第一时间阈值进行比较。该时间差小于第一时间阈值时，第一流表项活跃状态为有效，即第一流表项被匹配的频繁程度高于设置的第一阈值。

通过使用第一表项连续两次被匹配命中的时间差与第一时间阈值进行比较，可以确定第一表项的活跃状态进而确定出可以写入到流表缓存的表项。通过调整第一时间阈值的取值，可以控制第一表项写入到流表缓存的速度，提高在流表缓存中查找流表项的匹配命中速度，提高流表转发速度。

在本公开实施例中，活跃状态存储于流表项的活跃状态位中。在内建流表从CPU下发至第一外存储单元时，第一流表项的活跃状态位初始值为无效状态。第一流表项的活跃状态用于表征第一流表项被匹配命中的频繁程度，第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值，则第一流表项的活跃状态为有效状态；第一流表项被命中的频繁程度低于或等于第一阈值，则第一流表项的活跃状态为无效状态。

在第一流表项的活跃状态为有效状态时，流表缓存读写控制器将第一流表项写入到流表缓存。因此，控制了流表项从第一外存储单元向流表缓存更新的频率，使流表缓存中储存的流表项为某段时间内比较活跃的流表项，提高了流表缓存的利用率。

另外，由于待转发数据包的关键字在第二外存储单元中每进行一次匹配查询，表示该数据包请求被转发一次，所以通过第一表项连续两次被匹配命中的系统时间之差，来确定第一流表项被匹配命中的频繁程度，可以及时对满足写入流表缓存条件的第一流表项做出写入操作，减少对第一流表项被命中的频繁程度的判断时间，进而提高对被转发的数据包的转发速度。

在一种可能的实现方式中，确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差，包括：获取所述第一流表项第n次被命中后的系统时间；根据所述第一流表项第n次被命中后的系统时间更新时间戳；所述时间戳的初始值为0；获取所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间；根据所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间和所述时间戳，获得所述时间差。

在本公开实施例中，第一流表项中表示流状态信息的除了表征流表项活跃状态的活跃状态标志位，还可以包括时间戳。这里的流状态信息为表征流的活跃状态情况的信息。时间戳用于记载第一流表项被匹配命中时的系统时间。内建流表从CPU下发至第一外存储单元时，第一流表项未被匹配命中过，所以时间戳的初始值为0。

待转发数据包的关键字在第二外存储单元中第n次被命中后，获取第n次被命中后的系统时间，以该系统时间更新该关键字对应的第一流表项的时间戳。当该第一流表项第n+1次被命中后，获取第n+1次被命中的时间，用第n+1次被命中的时间与流状态信息中的时间戳进行比较，来判断第一流表项的活跃状态。

使用时间戳来存储第一表项被匹配命中的系统时间，来获得第一表项连续两次被匹配命中的时间差，以判断第一流表项的活跃程度，进而控制第一表项写入到流表缓存的速度。并且，将时间戳存入流表项中，可以作为第一流表项被匹配命中的时间记载，以备其他功能模块使用。

在一种可能的实现方式中，在根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项后，还包括：若有匹配流表项，将所述匹配流表项作为查询结果输出；在所述根据所述关键字，在第一外存储单元进行匹配查询后，还包括：若无匹配流表项，启动异常处理。

在本公开实施例中，在待转发数据包的关键字在流表缓存中查询到匹配流表项的情况下，即命中流表缓存中的流表项，则将查询结果输出到其他子系统进行后续处理直至将待转发数据包转发。在待转发数据包的关键字在第一外存储单元中未查询到匹配流表项的情况下，CPU启动异常处理，例如转发至管理监控软件等。

示例性地，下面结合图2说明本公开实施例提供的一种转发流表加速装置，该转发流表加速装置用于实现本公开提供的转发流表加速方法，该装置具体包括：流表缓存子系统220、处理器子系统210。流表缓存子系统220的一种可能的实现形式可以是可编程芯片。所以流表缓存子系统220的特点是运算不需要软件指令，直接通过逻辑电路组合完成运算，计算效率与CPU相比更高。

流表缓存子系统220包括流表缓存存储单元222；处理器子系统210包括：处理器211、外存流表存储单元(第二外存储单元)213。

外存流表存储单元213中用于存储在内建流表存储单元(第一外存储单元)213’中查询到的匹配流表项。

流表缓存存储单元(流表缓存)222用于存储外存流表存储单元213中活跃的流表项，待存储至流表缓存存储单元222的数据可以通过互联总线212、外存流表读写控制器226、流表缓存读写控制器225在各存储单元中被传输、读写。

流表缓存子系统220还包括：用于生成哈希地址的哈希函数模块221，用于获得查询结果并发出查询结果对应操作的查询结果解析模块223，以及对流表缓存子系统内命令进行解析的命令解析模块224。

该转发流表加速装置实现转发流表加速的过程包括：

S301，流表缓存子系统220接收待转发数据包的关键字，通过哈希函数模块221生成该关键字的哈希地址；

S302，以该关键字的哈希地址在流表缓存存储单元222内进行匹配查询。查询结果解析模块223获取查询结果，如果本次查询中有匹配流表项，则输出查询结果；如果本次查询中没有匹配流表项，则将该关键字发送至处理器子系统210的处理器211。

查询结果解析模块223为软件程序，用于判断查询结果并根据查询结果做出操作指令。

S303，处理器211将关键字在外存流表存储单元213中进行匹配查询，如果本次查询有匹配流表项，则对关键字对应流表项的活跃状态进行判断；如果本次查询无匹配流表项，处理器211将开始对关键字在内建流表存储单元213’中进行匹配查询。

S304，如果该关键字在内建流表存储单元213’查询无匹配流表项，开启异常处理；如果该关键字在内建流表存储单元213’查询有匹配流表项，则通过外存流表读写控制器226将该关键字对应的第一流表项写入外存流表存储单元213。

S305，处理器211对外存流表存储单元213中第一流表项写入流表缓存存储单元222的写入模式进行判断。如果第一流表项的写入模式为即时写入，则将第一流表项由外存流表读写控制器226读出，经流表缓存读写控制器225写入流表缓存；如果第一流表项的写入模式为延时写入模式，则对第一流表项的活跃状态进行判断。

S306，活跃状态判断：获取第一流表项第n次被命中的系统时间并将此系统时间写入第一流表项时间戳；获取第一流表项第n+1次被命中的系统时间；使用第一流表项第n+1次被命中的系统时间与时间戳的时间差值与第一时间阈值做比较，从图3可以看出，如果该时间差值小于第一时间阈值，第一流表项活跃状态标志位为1，用实现表示，即第一流表项的活跃状态为有效状态，则将第一流表项由外存流表读写控制器226读出，经流表缓存读写控制器225写入流表缓存；如果该时间差值大于第二时间阈值，其中第二时间阈值大于第一时间阈值，第一流表项活跃状态标志位为0，用虚线表示，即第一流表项的活跃状态为无效状态，则跳过第一流表项写入流表缓存存储单元222的操作；如果该时间差值在第一时间阈值和第二时间阈值之间，则保持第一流表项在进行活跃状态判断之前的活跃状态标识，进而避免第一流表项的活跃状态频繁变化。

S307，进行完第一流表项活跃状态判断后，用第一流表项第n+1次被命中的系统时间更新第一流表项的时间戳。

在一种可能的实现方式中，所述转发流表加速方法可以由终端设备或服务器等电子设备执行，终端设备可以为用户设备(User Equipment，UE)、移动设备、用户终端、终端、蜂窝电话、无绳电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备等，所述方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。或者，可通过服务器执行所述方法。

可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。

此外，本公开还提供了转发流表加速装置、电子设备、计算机可读存储介质、程序，上述均可用来实现本公开提供的任一种转发流表加速方法，相应技术方案和描述和参见方法部分的相应记载，不再赘述。

图4示出根据本公开实施例的转发流表加速装置的框图，如图4所示，所述装置包括：

第一匹配查询单元41，用于根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项，所述流表缓存为静态随机存储器；

第二匹配查询单元42，用于在所述第一匹配查询未查询到匹配流表项的情况下，根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项；

流表缓存读写单元43，用于在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，所述第一流表项被命中的频繁程度高于第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第二匹配查询单元42，包括：

在一种可能的实现方式中，所述写入的模式包括：即时写入模式或延迟写入模式，所述流表缓存读写单元43，包括：

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

活跃状态判断单元，用于若所述时间差小于时间阈值，确定所述第一流表项的活跃状态为有效状态。

在一种可能的实现方式中，所述时间差获取单元，包括：

第三命中时间获取单元，用于获取所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间；

时间差获取子单元，用于根据所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间和所述时间戳，获得所述时间差。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

所述第一外存储匹配查询单元，还包括：

异常处理单元，用于若无匹配流表项，启动异常处理。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

本公开实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。计算机可读存储介质可以是非易失性计算机可读存储介质。

本公开实施例还提出一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行上述方法。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当计算机可读代码在设备上运行时，设备中的处理器执行用于实现如上任一实施例提供的转发流表加速方法的指令。

本公开实施例还提供了另一种计算机程序产品，用于存储计算机可读指令，指令被执行时使得计算机执行上述任一实施例提供的转发流表加速方法的操作。

电子设备可以被提供为终端、服务器或其它形态的设备。

图5示出根据本公开实施例的一种电子设备800的框图。例如，电子设备800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等终端。

参照图5，电子设备800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(I/O)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。

处理组件802通常控制电子设备800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。

存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备800的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件806为电子设备800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备800生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件808包括在所述电子设备800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当电子设备800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当电子设备800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为电子设备800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到电子设备800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测电子设备800或电子设备800一个组件的位置改变，用户与电子设备800接触的存在或不存在，电子设备800方位或加速/减速和电子设备800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合装置(CCD)图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件816被配置为便于电子设备800和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备800可以接入基于通信标准的无线网络，如无线网络(WiFi)，第二代移动通信技术(2G)或第三代移动通信技术(3G)，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，电子设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器804，上述计算机程序指令可由电子设备800的处理器820执行以完成上述方法。

图6示出根据本公开实施例的一种电子设备1900的框图。例如，电子设备1900可以被提供为一服务器。参照图6，电子设备1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。

电子设备1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行电子设备1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将电子设备1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。电子设备1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如微软服务器操作系统(Windows Server^TM)，苹果公司推出的基于图形用户界面操作系统(Mac OSX^TM)，多用户多进程的计算机操作系统(Unix^TM),自由和开放原代码的类Unix操作系统(Linux^TM)，开放原代码的类Unix操作系统(FreeBSD^TM)或类似。

在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由电子设备1900的处理组件1922执行以完成上述方法。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

该计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包(Software Development Kit，SDK)等等。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种转发流表加速方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关键字，在外存储单元中进行第二匹配查询，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述写入的模式包括：即时写入模式或延迟写入模式，在所述第二匹配查询查询到匹配流表项的情况下，将与所述关键字匹配的第一流表项写入流表缓存，包括：

在所述即时写入模式下，将所述第一流表项写入流表缓存；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述活跃状态包括：有效状态和无效状态；所述第一流表项的活跃状态初始值为无效状态。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述第一流表项第n+1次被命中的时间和第n次被命中的时间的时间差，包括：

获取所述第一流表项第n次被命中后的系统时间；

获取所述第一流表项第n+1次被命中后的系统时间；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据待转发数据包的关键字，在流表缓存中进行第一匹配查询，以查询所述待转发数据包对应的匹配流表项后，所述方法还包括：

若有匹配流表项，将所述匹配流表项作为查询结果输出；

若无匹配流表项，启动异常处理。

8.一种转发流表加速装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的方法。