CN116996600B - 以太网芯片自适应资源管理方法、芯片、装置和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了以太网芯片自适应资源管理方法、以太网芯片、电子装置和计算机可读存储介质。本发明预设每个端口的缓存空间并在每个报文切片到来时进行资源检查和管理。本发明能够保证各端口线速转发预设长度的报文，不会产生预设长度之下的残缺报文。此外，独享空间保证标准报文线速转发，不会因其他端口拥塞而断流，共享空间可吸纳突发流量。本发明进一步划分共享空间，保证这些端口或流量的无损、优先转发。本发明在资源管理时，实时监控端口流量状态，根据流端口流量状态选取合适的资源管理门限，自动适配多样的流量场景，方便用户使用，并能避免资源管理措施错位而导致的资源利用低效率和不合理问题。

Description

以太网芯片自适应资源管理方法、芯片、装置和介质

技术领域

本发明属于以太网技术领域。具体地，涉及以太网芯片自适应资源管理方法、以太网芯片、电子装置和计算机可读存储介质。

背景技术

目前在以太网技术领域，超长报文一般指长度大于1518字节的以太网报文和长度大于1522字节的VLAN报文，对应地，长度小于1518字节的以太网报文和长度小于1522字节的VLAN报文称为标准报文。这是一种厂商定义的报文格式标准，因千兆以太网而产生，依据厂商定义从9000字节～64000字节不等。超长报文能充分发挥千兆以太网、万兆以太网的性能，提高数据传输效率，在网络存储等应用场景有良好的应用价值。因此，以太网芯片需要支持多种长度报文的转发。

此外，以太网端口至少存在对应于两种报文的流量：一种是只需要转发标准报文的标准报文流量，另一种是需要转发超长报文的超长报文流量。通常需要保证标准报文流量的无损转发。

发明内容

本发明的目的在于实现以太网芯片对标准报文流量的无损转发，进一步的，实现以太网芯片支持多变的流量场景，根据流量灵活地、自动化地进行资源管理，同时提高资源利用率实现资源的合理利用。

为达到上述目的，本发明提供了一种以太网芯片自适应资源管理方法，包括：

预设每个端口的缓存空间，所述缓存空间包括基础存储空间和端口独享的上溢保护空间，其中，报文切片缓存先用基本存储空间，后用上溢保护空间，上溢保护空间的大小至少等于第一预设报文长度；

对每个来自端口的报文切片进行以下处理：

判断当前报文切片是否是报文的起始切片；

如果是报文的起始切片，则进一步判断当前端口的堆积深度是否达丢弃门限和上溢保护空间是否被使用，若当前端口的堆积深度未达到丢弃门限并且上溢保护空间未使用，则将该报文切片写入当前端口的缓存空间；否则，丢弃整个报文；

如果不是报文的起始切片，则判断当前端口的上溢保护空间是否被使用完，若未用完，则将该报文切片写入该端口的缓存空间，若已用完，则报文切片不能写入当前端口的缓存空间。

在本申请一个可能的实现方式中，还包括：监视端口流量状态，根据端口流量状态进行与端口流量状态对应的流量控制处理，端口流量状态至少包括标准报文流量状态和超长报文流量状态。

在本申请一个可能的实现方式中，所述流量控制处理是选择不同流量控制门限，流量控制门限至少包括丢弃门限、流控开启门限和流控关闭门限。

在本申请一个可能的实现方式中，端口流量状态至少包括标准报文流量状态和超长报文流量状态，端口流量状态默认为标准报文流量状态，当正在接收的报文长度大于超长报文流启动阈值时，端口流量状态变为超长报文流量状态，当端口的堆积深度小于超长报文流量关闭阈值时，端口流量状态变为标准报文状态。

在本申请一个可能的实现方式中，超长报文流启动阈值是超长报文的最小长度、或者标准报文的最大长度，超长报文流量关闭阈值大于零且小于等于超长报文的最小报文切片个数、或者大于零且小于等于标准报文最大报文切片个数。

在本申请一个可能的实现方式中，所述基础存储空间包括缓存中端口的独享空间和缓存中多个端口共享的空间，报文切片缓存先用独享空间，后用共享空间。

在本申请一个可能的实现方式中，在缓存的在共享空间中划分多级流量保护空间，每级流量保护空间均包含在下一级流量保护空间中，N个端口流量状态按照流量保护需求排序，依次对应一级流量保护空间，处于端口流量状态i的端口能够抢用第i至N级流量保护空间，。

1≤i≤N

本发明提供了一种以太网芯片，包括自适应资源管理单元，其中，自适应资源管理单元用于执行所述的以太网芯片自适应资源管理方法。

本发明还提供了一种以太网电子装置，包括具有自适应资源管理单元的以太网交换芯片，其中，自适应资源管理单元用于执行所述的以太网芯片自适应资源管理方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的以太网芯片自适应资源管理方法。

有益效果

本发明缓存空间的管理方式能够保证各端口线速转发预设长度的报文，不会产生预设长度之下的残缺报文。此外，独享空间保证标准报文线速转发，不会因其他端口拥塞而断流，共享空间可吸纳突发流量。

本发明进一步划分共享空间，为重要的端口或流量预留保护空间，保证这些端口或流量的无损、优先转发。

本发明在资源管理时，实时监控端口流量状态，根据流端口流量状态选取合适的资源管理门限，自动适配多样的流量场景，方便用户使用，并能避免资源管理措施错位而导致的资源利用低效率和不合理问题。

附图说明

图1为本发明一实施例中的端口缓存空间分配示意图。

图2为本发明一实施例中以太网芯片自适应资源管理方法的流程图。

图3为本发明一实施例中端口流量状态转换的示意图。

图4为本发明一实施例中以太网芯片自适应资源管理方法的另一种流程图。

图5为本发明一实施例中另一端口缓存空间分配示意图。

图6为本发明一实施例中共享空间另一种分配方案示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

为应对多种长度报文的转发，以太网交换芯片若采取根据流量场景修改资源管理配置的方案，不符合用户友好型的要求；若采取简化配置通过增大缓存覆盖所有流量的方案，又会导致资源利用率较低。此外，不同报文的转发需求往往有差异，标准以太网报文流量的无损转发一般具有更高的优先级。

有鉴于此，本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，包括：

预设每个端口的缓存空间，如图1所示，所述缓存空间包括基础存储空间和端口独享的上溢保护空间，如图1所示，其中，报文切片缓存先用基本存储空间，后用上溢保护空间，上溢保护空间的大小至少等于第一预设报文长度，以保证报文因缓存空间不足而截包时，一定在报文边界停止接收数据，不会产生第一报文长度以下的残缺报文。

每个报文切片到达时进行资源检查，根据不同情况采取不同的资源管理措施。处理如图2所示，具体是：

判断当前报文切片是否是报文的起始切片。

如果是报文的起始切片，则进一步判断当前端口的堆积深度(当前端口缓存内堆积的报文切片)是否达丢弃门限和上溢保护空间是否被使用，若当前端口的堆积深度未达到丢弃门限并且上溢保护空间未使用，则将该报文切片写入当前端口的缓存空间；否则，丢弃整个报文。具体的，判断当前端口的堆积深度是否达丢弃门限和上溢保护空间是否被使用，可以先判断端口的堆积深度是否达到丢弃门限，然后再判断上溢保护空间是否被使用。采用上述处理，基础空间未用完时报文切片写入的是基础空间，基础空间用完时，上溢保护空间保证最后一个符合长度的报文不残缺。

如果不是报文的起始切片，则判断当前端口的上溢保护空间是否被使用完(包括未使用的情况)，若未用完，则将该报文切片写入该端口的缓存空间，若已用完，则报文切片不能写入当前端口的缓存空间，丢弃当前报文切片并生成报文的丢弃标记。

可见，重复上述资源检查步骤，即可完成报文所有报文切片的缓存空间管理。

具体地，第一报文长度可以是任意长度，可以大于、等于、或者小于标准报文的最大长度。本发明一些具体实施例中，标准报文流量一般具有最高的优先级，为保证标准报文流量的无损转发，在标准报文边界停止接收数据，不产生1518B以下的残缺报文，第一报文长度预设为标准报文的最大长度。可以预见，在某些特殊场合下，为保证特定流量的无损转发可将第一报文长度预设为该流量中报文的最大长度。可见，本发明的方法，虽然因支持多种长度报文的转发而产生，但本发明方法对于单一长度报文长度的场景仍然使用，能够保证不产生残缺报文。

本发明的一些具体实施例中，端口至少存在两种流量，一种是只需要转发标准报文的流量，称为标准报文流量(normal流量)。一种是将需要转发超长报文的流量称为超长报文流量(jumbo流量)。处于转发标准报文状态的端口称为标准流端口(normal port)，处于转发超长报文状态的端口为超长流端口(jumbo port)。

在存储转发式以太网交换机中，两种流量对缓存空间的需求差异较大，二者的资源管理方式不能混用：若采用超长报文流量的资源管理方式，转发标准报文时需要大量的缓存存储标准流量的报文描述符；若采用标准流量的资源管理方式，转发超长报文时会向前级发出错误的暂停报文(pause frame)，导致入向流量不足。

因此，进一步的，本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，接收报文切片时还需关注端口流量状态的变化，根据端口流量状态选择相匹配的资源管理措施。实时检测端口流量状态并自动切换资源管理措施，适配不同流量场景的需求，不用用户单独进行配置，方便用户使用。具体地，资源管理措施是与端口流量状态相匹配的流量控制门限，流量控制门限是可以灵活配置的，设备在出厂或者用户现场设置好各种流量控制门限后，使用时不用干预。

端口流量状态转换的过程如图3所示。初始时，端口流量状态默认为标准报文流量状态，当正在接收的报文长度大于超长报文流启动阈值JUMBO_ON时，即端口收到超长报文，端口流量状态转换为超长报文流量状态，当监测到当前端口的堆积深度小于超长报文流量关闭阈值JUMBO_OFF时，端口流量状态转换为标准报文流量状态。超长报文流启动阈值JUMBO_ON可以选择超长报文的最小长度或者标准报文的最大长度，超长报文流量关闭阈值JUMBO_OFF可以选择大于零且小于等于超长报文的最小报文切片个数、或者大于零且小于等于标准报文最大报文切片个数，优选地，略小于超长报文的最小报文切片个数或者标准报文最大报文切片个数，例如，等于超长报文的最小报文切片个数或者标准报文最大报文切片个数的95-98％。

进一步的，本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，与端口流量状态相匹配的资源管理措施具体是，根据端口流量状态选择与端口流量状态对应的流量控制门限。所述流量控制门限包括丢弃门限、流量控制开启门限和流量关闭门限。

本发明的一些具体实施例中，端口流量状态包括标准报文流量状态和超长报文流量状态，超长报文流量状态下的控制门限大于对应的标准报文流量状态下的控制门限，如图4所示。根据端口状态选取相应的门限，即可自动匹配标准报文流和超长报文流的资源管理需求。开启流控时，对于处于标准报文流量状态的端口(normal port)，能够及时检测到出端口拥塞，向源端发出暂停报文(pause frame)，让源端及时停流，减少存储报文描述符所需的缓存空间；对于处于超长报文流量状态的端口(jumbo port)，不会向源端发出错误的暂停报文(pause frame)，避免收接超长报文时入向流量不足。

为保证各端口线速转发标准报文，不会因为其他端口拥塞而断流，参见图5，本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，端口的基础存储空间包括独享空间和共享空间，共享空间缓存中所有端口共享的空间，报文切片缓存先用独享空间，后用共享空间。各个端口优先使用本端口独享的缓存空间，再使用可抢占的共享空间，最后使用本端口独享的上溢保护空间。相应地，缓存空间被释放时，对于各个端口，优先释放占用的上溢保护空间资源，再释放抢占的共享空间资源，最后释放本端口独享空间的资源。端口的存储空间包括了三种空间，独享空间保证标准报文流量线速转发，共享空间可吸纳端口一定的突发流量，上溢保护空间保证标准报文完整被接收，不会产生1518B以下的残缺报文。

进一步的，当接收的报文包括标准报文和超长报文时，标准报文流量的无损转发一般具有更高的优先级，为了保证标准流量的无损转发，参见图5，在共享空间中再划分一部分做无损流保护空间，仅供标准流端口抢用，超长流端口不能抢用，仅能和标准流端口共享剩余的共享空间。此外，根据本发明的方法，标准流端口抢用后转换为超长流端口也不可再用无损流保护空间。共享空间再次划分，预留无损流保护空间，在不损伤重要流量性能的基础上，能够尽可能地支持转发超长报文流量。

进一步的，为实现更细粒度的流量自适应资源管理，本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，在共享空间中划分多级流量保护空间，每级流量保护空间均包含在下一级流量保护空间中，N个端口流量状态按照流量保护需求排序，依次对应一级流量保护空间，第i级流量保护空间仅能被处于端口流量状态1至i的端口抢用，处于端口流量状态i的端口能够抢用第i至N级流量保护空间，，如图6所示。

1≤i≤N

具体地，基于报文长度，配置多级端口流量状态切换的门限，不同流量对共享空间的抢占能力不同，优先级高的流量能抢占共享空间的更多的资源。此外，每种端口流量状态匹配相应的资源管理门限。

本发明的以太网芯片自适应资源管理方法于一实施例中，采用以太网芯片实现，以太网芯片包括自适应资源管理单元、收发模块、收发缓冲区、寄存器、存储访问控制模块、总线接口等，自适应资源管理单元用于执行如上述以太网芯片自适应资源管理方法。

本发明于一实施例中，采用以太网装置实现，所述以太网装置是以太网网卡、以太网交换机等，所述以太网装置包括具有自适应资源管理单元的以太网交换芯片，以太网芯片包括自适应资源管理单元、收发模块、收发缓冲区、寄存器、存储访问控制模块、总线接口等，自适应资源管理单元用于执行如上述以太网芯片自适应资源管理方法。

本发明于一实施例中，采用计算机可读存储介质实现，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述以太网芯片自适应资源管理方法例。

本领域技术人员通过上述说明可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括但不限于U盘、移动硬盘、磁性存储器、光学存储器等各种可以存储程序代码的介质。

本发明以太网芯片自适应资源管理方法实现以太网芯片支持并适应多变的流量场景，根据流量灵活地、自动化地进行资源管理，保证端口标准流量的无损转发，同时提高资源利用率实现资源的合理利用。具体的，本发明具有以下优点：

本发明缓存空间划分方式能满足以下需求：1)独享空间支持各端口线速转发标准报文，不会因其他端口阻塞而断流；2)共享空间支持各端口能够吸纳一定的突发流量；3)上溢保护空间保证常规报文一定在报文边界停止接收数据，不会有预设长度以下的残缺报文。

本发明对共享空间再次划分，预留无损流保护空间，实现在不损伤重要流量性能的基础上，尽可能地支持其他流量的转发。

本发明实时检测端口流量状态并自动切换资源管理门限，适配不同流量场景的需求，方便用户使用。

本发明端口流量状态状态切换的阈值是可配置的，用户可根据自身需求定义无损流的包长，具有一定的灵活性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或单元可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块/单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块/单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块/单元来实现本申请实施例的目的。例如，在本申请各个实施例中的各功能模块/单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块/单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块/单元集成在一个模块/单元中。

本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种以太网芯片自适应资源管理方法，包括：

预设每个端口的缓存空间，所述缓存空间包括基础存储空间和端口独享的上溢保护空间，其中，报文切片缓存先用基本存储空间，后用上溢保护空间，上溢保护空间的大小至少等于第一预设报文长度；

对每个来自端口的报文切片进行以下处理：

判断当前报文切片是否是报文的起始切片；

如果是报文的起始切片，则进一步判断当前端口的堆积深度是否达到丢弃门限和上溢保护空间是否被使用，若当前端口的堆积深度未达到丢弃门限并且上溢保护空间未使用，则将该报文切片写入当前端口的缓存空间；否则，丢弃整个报文；

如果不是报文的起始切片，则判断当前端口的上溢保护空间是否被使用完，若未用完，则将该报文切片写入该端口的缓存空间，若已用完，则报文切片不能写入当前端口的缓存空间；

监视端口流量状态，根据端口流量状态进行与端口流量状态对应的流量控制处理，端口流量状态至少包括标准报文流量状态和超长报文流量状态；

所述流量控制处理是选择不同流量控制门限，流量控制门限至少包括丢弃门限、流控开启门限和流控关闭门限；

端口流量状态默认为标准报文流量状态，当正在接收的报文长度大于超长报文流启动阈值时，端口流量状态变为超长报文流量状态，当端口的堆积深度小于超长报文流量关闭阈值时，端口流量状态变为标准报文状态。

2.如权利要求1所述的以太网芯片自适应资源管理方法，还包括，

超长报文流启动阈值是超长报文的最小长度、或者标准报文的最大长度。

3.如权利要求1所述的以太网芯片自适应资源管理方法，其中，

超长报文流量关闭阈值大于零且小于等于超长报文的最小报文切片个数、或者大于零且小于等于标准报文最大报文切片个数。

4.如权利要求3所述的以太网芯片自适应资源管理方法，其中

超长报文流量关闭阈值是报文的最小报文切片个数的95-98%、或者标准报文最大报文切片个数的95-98%。

5.如权利要求1所述的以太网芯片自适应资源管理方法，其中，

超长报文流量状态下的流量控制门限大于对应的标准报文流量状态下的流量控制门限。

6.如权利要求2-5任一项所述的以太网芯片自适应资源管理方法，其中，

所述基础存储空间包括缓存中端口的独享空间和缓存中多个端口共享的共享空间，报文切片缓存先用独享空间，后用共享空间。

7.如权利要求6所述的以太网芯片自适应资源管理方法，其中，

在共享空间中划分多级流量保护空间，每级流量保护空间均包含在下一级流量保护空间中，N个端口流量状态按照流量保护需求排序，依次对应一级流量保护空间，处于端口流量状态i的端口能够抢用第i至N级流量保护空间，。

8.一种以太网芯片，包括自适应资源管理单元，其中，自适应资源管理单元用于执行如权利要求1-7任一项所述的以太网芯片自适应资源管理方法。

9.一种以太网电子装置，包括具有自适应资源管理单元的以太网交换芯片，其中，自适应资源管理单元用于执行如权利要求1-7任一项所述的以太网芯片自适应资源管理方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的以太网芯片自适应资源管理方法。