CN1636350A - 带数据删除的存储管理 - Google Patents
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Abstract
用来转移分组化数据的装置包括用来接收分组化数据的输入端;与输入端耦合为排队储存分组化数据而配置的存储器,每个队列有相关的长度;与存储器耦合为传输分组化数据而配置的输出端;以及在操作中与存储器耦合为控制分组化数据从存储器到输出端的转移而配置的控制器,所述的控制器是为了确定众多长度范围不同的队列当中哪一个队列具有最大的长度范围和至少一个相关的队列以及为了删除从所述的至少一个相关的队列当中选定的队列的分组化数据而配置的。
Description
本发明的现有技术
本发明涉及通信,更具体地说涉及在进行包交换的数据网络中的包删除。
在进行包交换的网络中,数字化的数据包往往是依据在来源和目的地之间不同的网络链路的容量和可用性按不同的路由从来源传送到目的地的。数据是通过遍及网络在物理和逻辑两者上分布的连接网络节点的链路(例如,路由器)发送的。数据能够在起源于某个节点的各种不同的链路上传送。
节点就它们能够转移的和为转移暂时储存的数据量而言具有有限的容量。当节点的容量(带宽及缓冲空间)由于有太多的数据(按包的数目和包的长度的任何组合)进入该节点而被超过的时候,为了把准备转移出该节点的(或用该节点储存的)包的数量减少到该特定的节点的容量范围之内,某些包可以删除。哪个(或哪些)包将被删除可以按各种不同的方式确定,包括通过选择最长的队列。
在实现用于储存器网络的最长的队列删除(LQD)策略时,系统中最长的队列的同一性能够在系统中各个不同的点被确定下来。实现这项功能所必需的时间在系统中可能在缓冲区的处理速度方面是一个限制的因素。正常情况下确定组合中最大的队列是通过起分类函数作用的优先权队列(或堆)完成的。然而,为了确定最长的队列,优先权队列的实现倾向于需要O(log2N)操作【例如,算术的(加、减等)、逻辑的(例如,比较)、或数据结构处理(例如,存储器访问)】来实现插入、删除或修改优先权队列中的元素的功能。换句话说,优先权队列的实现在所需要的时间方面随着元素数目N的增加线性地增加。一般地说,存储器范围对于性能具有最大的冲击。
本发明的概述
本发明的实施方案提供用来从许多数据队列当中删除比较长的数据队列的技术。队列依照它们的长度被分成若干类别或组别。这些类别可以具有相同的或不同的长度或长度范围,例如,相同的百分比长度范围。例如,每个类别的长度可以从特定的长度(例如,64Kbytes)到那个特定的长度的两倍(例如,128Kbytes)。在每个类别或组别之内,队列可能是也可能不是依照长度分类的。当节点容量被超过并且打算删除一个队列的时候,与非空队列的最大范围相关的组别被选定并且从那个组别中删除一个队列。被删除的队列在该组别之内可能是也可能不是最大的队列。来自被选定的类别的队列可以以各种不同的方式进行选择,例如,随机地或在该组别中首先列出的队列(例如,在存储栈的顶端)。为了减少在该组别中被删除的队列和实际最长的队列之间在长度方面可能的差别组别的长度范围能够被改变。换句话说,组别的范围规定在给定的组别中可能的最小队列在给定的组别中可能的最大队列的预定的长度差别范围之内,而且可以为了把预定的长度差别减少到可接受的水平而选择/设计这些范围。
一般地说,一方面,本发明提供用来转移分组化数据的装置,该装置包括用来接收分组化数据的输入端;与输入端耦合为了排队储存分组化数据而配置的存储器,每个队列有相关的长度;与存储器耦合用来传输分组化数据的输出端;以及在操作中与存储器耦合为了控制分组化数据从存储器到输出端的转移而配置的控制器,该控制器是为了确定众多队列长度范围当中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列以及为了从所述的至少一个相关的队列中删除被选定的队列的分组化数据而配置的。
本发明的实现可以包括一个或多个下述的特征。控制器是为了通过解除分配一部分储存分组化数据的存储器来删除分组化数据而配置的。控制器是为了通过重新分配一部分储存分组化数据的存储器来删除分组化数据而配置的。控制器是为了进一步确定节点的容量是否被超过而配置的,而且其中控制器是为了作为对确定节点的容量已被超过的反应确定众多队列长度范围当中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列而配置的。控制器是为了选择从中删除数据的队列而配置的,这种选择相对于长度在与被选定的队列相同的长度范围之内的其它队列的长度与被选定的队列的长度无关。控制器包括为执行软件指令而配置的处理器。控制器包括为本质上与软件指令无关地操作而配置的硬件。
一般地说,另一方面,本发明提供用来转移分组化数据的系统,该系统包括用来接收分组化数据的输入端;与输入端耦合为排队储存分组化数据而配置的存储器,每个队列有相关的长度;与存储器耦合用来传输分组化数据的输出端;以及在操作中与存储器耦合用来从与队列长度范围大于具有至少一个相关的队列的任何其它的队列长度范围相关的特定的队列中删除至少一个数据包的控制装置。
本发明的实现可以包括一个或多个下述的特征。控制装置删除至少一个数据包,这种删除相对于与特定的队列长度范围相关的任何其它队列的长度与特定的队列的长度无关。控制装置解除分配一部分储存至少一个被删除的包的存储器。控制装置重新分配一部分储存至少一个被删除的包的存储器。
一般地说,第三方面,本发明提供一种方法,该方法包括在一个网络节点中储存用于从该网络节点转移的分组化数据的队列和队列长度的标记;确定众多队列长度范围当中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列;以及删除从至少一个相关的队列当中选定的队列的分组化数据。
本发明的实现可以包括一个或多个下述的特征。删除包括解除分配储存分组化数据的存储器。删除包括重新分配储存分组化数据的存储器。该方法可以进一步包括确定节点的容量是否已被超过,而且其中确定众多队列长度范围当中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列是作为对确定节点的容量已被超过的反应被确定的。
一般地说,第四方面,本发明提供在转移数据包的网络节点中数据流动的方法,该方法包括在网络节点中储存用于从该网络节点转移的分组化数据的队列和该队列长度的标记;使分组化数据的队列与某些存储桶相关,这些存储桶具有能够与它们相关的队列长度范围;确定这些存储桶当中哪一个至少被部分地填充并且相对于至少被部分地填充的任何其它的存储桶具有相关的最大的队列长度范围;从被确定存储桶中选择一个队列;以及从被选定的队列中删除分组化数据。
本发明的实现可以包括一个或多个下述的特征。删除包括解除分配储存分组化数据的存储器。该方法可以进一步包括确定用来转移分组化数据的节点的容量是否被超过,而且其中确定至少部份地被填充的存储桶当中哪一个相对于至少部份地被填充的任何其它的存储桶具有相关的最大的队列长度范围是作为对确定节点的容量已被超过的反应确定的。
本发明的各种不同的实施方案可以提供一个或多个下述的优势。队列可以通过为数不多的几步(例如一步)确定待删除的队列的操作被选定用于删除。队列可以被选定用于至少在规定的最大队列范围之内的删除。在被删除的队列和实际上最大的队列之间潜在的长度差异可以被选择和/或调整。比较长但可能并非最长的队列可能被选定用于删除,而且硬件操作比选择保证删除的最长队列少。队列可以不管在队列的数目和长度方面的变化被选定用于按比较恒定的时间量删除。
这些和其它的优势以及发明本身从下面的附图、描述和权利要求书将更容易变得清楚明了。
附图简要说明
图1是包括节点和节点链路的网络的方框图。
图2是图1所示的网络节点的示意方框图。
图3是队列存储桶系统的方框图。
图4是删除队列的过程的流程方框图。
优选实施方案的详细说明
本发明提供用来从用于通过包交换网络节点转移的在线队列当中选择用于删除的比较长的数据队列的技术。
参照图1,通信系统10包括个人计算机121-125以及包括网络节点161-161的网络14。如图所示,计算机12借助适当的设备(例如调制解调器)和适当的软件连接到节点161和167上。连接节点16的链路18是为双向通信配置的。节点16是用来通过诸如被称为英特网的全球性包交换数据网络之类的网络14转移数据包的路由器。节点16是为了接收包和把它传送到毗邻节点16(例如,由安排路由的节点16确定的节点或在节点本身之内)而配置的。节点16也是为了在把包转移到毗邻节点16之前适当地缓冲输入的包而配置的。节点16具有缓冲和转移装置的多重副本,以致数据能够在内部缓冲和转移,而且内部的缓冲和转移可能变得拥挤,正如数据缓冲和外部转移可能在外部发生的那样。节点16也可能是包的来源和/或目的地。
参照图2,示范节点16,在这里是节点164,包括为储存和转移数据包的队列20而配置的节点缓冲区18。缓冲区18包括用来在执行软件的处理器22的控制下储存数据的存储器。如图1所示,缓冲区18是为了接收来自节点161、163和167的数据包和把数据包传送给节点161、163和167而连接的,尽管节点16之间的其它连接也是可接受的。包是经由在输入口28的输入线26接收的并且是经由输出线30从输出口32传送出去的。数据包被储存在队列20(在这里展示的是队列201-207)中以便转移出缓冲区18。
数据包可以按各种不同的顺序转移出队列20。例如,数据包可以按Q1至Q7的队列编号次序依照分配给每个队列20的带宽的数量(对于每个队列20可能是不同的)并行地传送。包也可以按这些技术的组合传送,例如,如果队列201-203是按编号次序传送的,而且队列204-207也是按编号次序传送的,但是来自队列201-201的群体的数据包和来自队列204-207的群体的数据包可以依照分配给各个群体的带宽并行地传送。
缓冲区18和处理器22是为了实现近似的最长队列删除(LQD)策略而配置的。优选的是缓冲区实数空间是固定的,以致对于缓冲存储器存在有限的长度,所以只有小的正整数被缓冲区18和处理器22分类。处理器22是为了依照软件代码操作控制缓冲区18完成各种不同的功能实现近似的LQD而配置的。关于通过它元素(队列)的值(长度)可以改变的数量在它被修正的时候存在某种限制。包被一个一个地添加和从队列中取走,因此元素的值将仅仅通过包的最大长度增加或减少。另外,“几乎正确的”答案被假定是可接受的。业已证明即使用来寻找最长队列的粗略的近似值也能具有非常好的性能。队列20在长度范围有限的情况下被插入/移出缓冲区18。队列20当它们从空的变成有数据包的时候被放进系统,而当它们没有数据包的时候则被取消。这样新近插入的队列20将具有大于0而且小于或等于最大的包长度的长度,而被取消的队列20将具有等于0的长度。
缓冲区18是为了使队列20在一系列与改变长度的队列相对应的“存储桶”中相关而配置的。尽管队列20可以被看作是储存在存储桶中,但是队列20不需要实际上被储存在一起。存储桶是逻辑分组多于物理分组。例如,存储桶可以用指针、链路一览表、或其它表明哪个队列20属于哪个存储桶的标记来实现。
参照图3,缓冲区18包括n个存储桶240-24n-1,而只有三个存储桶240-242被展示出来。能够与存储桶24相关联的队列20的最大长度是用函数S给定的,其中Si表示将被放在存储桶24i之中的长度最大的队列。存储桶B0将包含长度为0字节到S0字节的队列20,存储桶241将包含长度从S0+1字节到S1字节的队列20,依此类推。
存储桶24(在这里是240、241和242)储存长度在相应的长度范围R(在这里是R0、R1和R2)之内的队列20。长度范围R包含多种长度,其中除了最小队列长度为0的情况之外,用于范围R的最大队列长度S大约为用于范围R的最小队列长度的两倍。例如,范围R0包括长度为0字节到63字节的队列,范围R1包含64字节到127字节,而范围R2包括128字节到255字节的队列。换句话说,R0=[0字节,63字节]和Ri=[2n字节,2n+1-1字节],其中n=i+1。为了将队列分类,对长度的二进制指示进行分析以确定是1的最高位。不同于在这个例子中给出的其它的范围R之间的关系(例如,n对i的不同关系)都是可接受的。存储桶的长度范围R可以随着平均的/最大的队列长度或长度分布变化动态地被改变。然而,按固定的长度分类可以提供比较简单的实现。
在任何给定的存储桶24之内的队列20都不必依照它们的长度储存。队列20可以依照它们的相对长度储存,或相对于它们各自的长度独立地储存,例如,依照首先抵达、最后抵达或随机地储存。
缓冲区18和处理器22(图2)是为了在适当的时候实现删除队列20的近似地LQD机制而配置的。依照删除机制,缓冲区18和处理器24能够容易地确定哪个存储桶24是非空的(即,至少被部份地填充),识别在非空的存储桶24中的至少一个队列20,以及很容易地从存储桶24中删除一个或多个来自任何任意的队列20的数据包。因此,准备删除的队列20(即,作为靶子的队列的一个或多个数据包将被删除)可能不是最长的队列20,但是这个关于最长的队列20的相对精度足以提供相对的公平。多少包被删除可以改变,但是优选有足够的包被删除,以致节点164的容量不因未被删除的包被超出。包是通过解除分配和/或重新分配储存被删除的包的存储器被删除的,所以其它的数据能够被写入被解除分配和/或重新分配的存储器。缓冲区18和处理器22的删除机制也能识别极少或从不接受服务的队列以及删除来自那些队列的包。
参照图4,同时进一步参照图1-2,从队列20中删除包的程序40包括阶段42、44和46,为了说明的(而不是限制的)目的,在这些阶段网络节点164接收某个数据包和适当地缓冲(储存)这个数据包。在阶段42,包经输入线26和输入口28被接收。分组化数据在缓冲区18中以正在进行的方式被储存在一个或多个队列20中。在阶段44,收到的包与队列20相关联,例如,通过指定给队列20,就收到的包与哪些其它的包相关联而论可能依照包中的标记。在阶段46,收到的包进一步依照与收到的包相关联的队列20的长度与队列存储桶24相关联。与队列20相关联的存储桶24随着队列20的长度变化而变化。
在阶段48,处理器22确定用来储存来自节点164的包的容量是否被超过。这种确定可能是作为对包正在被节点164接收的反应。如果节点的容量未被超过,那么程序40返回到阶段42,等待另一个包被接收。作为替代,确定容量可能是定期进行的,例如,在定时器的控制之下。在这种情况下,如同用虚线环49指出的那样,如果节点的容量不被超过,那么程序40保持在阶段48。如果节点的容量被超过,那么程序40进入阶段52。
在阶段52,处理器22确定哪个存储桶24是非空的而且具有最大的队列长度范围R。例如,处理器可以按队列长度范围R递减的次序询问每个存储桶24一直到非空的存储桶24被找到。
在阶段54,在非空的队列长度范围R最大的存储桶24中选择用于删除的队列20。处理器22随机地或以其它方式在存储桶24中选择队列20,不考虑被选定的队列20相对于那个存储桶24中的任何其它的队列20是否具有比较大的长度。因此,被选定的队列20可能不是最大的队列20。
在阶段56,在阶段54中选定的队列20被删除。删除可能包括使用于传输的包从节点164出列,或以其它方式解除分配储存一个或多个待删除的包的存储器。
在图4中展示的程序40是示范性的而不是限制性的。与图4相比较,这些阶段可能被增添、删除或重新排列。例如,阶段44可能被省略,例如,如果收到的包如同用包中的信息(例如,在包的标题中)指出的那样与某个队列相关联。另外,阶段42、44和46也可能被删除,例如,如果数据包的接收未被用来启动删除机制。
其它的实施方案在权利要求书的范围和精神之内。例如,各种功能在前面被描述成是由软件完成/控制的。但是,由于软件的特性,这些功能可能是由软件、硬件、固件、硬连线或这些当中的任何组合完成/控制的,而且这些功能的物理实现可能实际上驻留在不同于上述的那个/那些的位置,包括分布在各种不同的位置。例如,处理器22可以是作为完成上述功能的硬件逻辑(与软件无关的,或者实质上如此)实现的,这可能导致比使用受软件控制的处理器更快速的操作。受软件控制的处理器可能被用来处理用于对网络14外面的连接的数据,而硬件可能被用来处理用于对网络14内部的连接的数据。尽管用于缓冲区的优先选择已被列出,但是缓冲区实数空间不需要是固定的,队列的长度可能改变的数量当它被修改的时候不需要受限制,队列可能被插入/移出缓冲区,不需要在限定的长度范围内,而且队列可能不时地被放入系统,而不是当它们从空的变成有包的时候,而且可能当它们有至少一个包的时候被取消。存储桶长度范围R可能不同于讨论过的那些。长度范围R可能重叠。一个范围相对于另一个增加的程度可能不同于前面讨论过的。例如,在比较低的长度范围,范围R可能按可能相同也可能不同的小增量(例如,64字节)增加,而在比较高的长度范围,增加比较大,例如,类似于讨论过的将最大的长度加倍。优选的是无论使用什么使队列20与存储桶24相关联的方案,使队列20相关联和选择用于删除的队列20的程序与队列20分类并且选择最大的队列相比将是比较便宜的(根据成本和/或处理消费)。
队列的长度可以通过对一个或多个队列加权被调整到有效长度。有效长度可以被用来使队列20与存储桶24相关联。为了将队列20作为挤出去的靶子,可以使用队列20必须满足的有效长度的最小值/门限值。特殊的存储桶可以是为有效长度低于最小值/门限值的队列20(例如,有效的/加权的长度为零字节的那些有字节的队列)确定的。这种特殊的存储桶可以被这样使用,以致队列可以被定为删除的目标,不管是否符合正常的删除条件。作为删除对象的队列可能是从这个特殊的存储桶中随机选定的,或者相似的机制可能被应用于把确实满足最小值/门限值的队列定为目标(例如,通过改变最小值/门限值)。
Claims (18)
1.一种用来转移分组化数据的装置,该装置包括:
用来接收分组化数据的输入端;
与输入端耦合为排队储存分组化数据而配置的存储器,每个队列有相关的长度;
与存储器耦合用来传输分组化数据的输出端;以及
在操作中与存储器耦合为控制分组化数据从存储器到输出端的转移而配置的控制器,所述的控制器是为了确定众多长度范围不同的队列当中哪一个队列具有最大的长度范围和至少一个相关的队列以及为了删除从所述的至少一个相关的队列当中选定的队列的分组化数据而配置的。
2.根据权利要求1的装置,其中控制器是为了通过解除分配一部分储存分组化数据的存储器删除分组化数据而配置的。
3.根据权利要求1的装置,其中控制器是为了通过重新分配一部分储存分组化数据的存储器删除分组化数据而配置的。
4.根据权利要求3的装置,其中所述的控制器是进一步为了确定是否超出节点的容量而配置的,以及为了作为对确定是否超出节点的容量的反应确定众多长度范围不同的队列中哪一个队列具有最大的长度范围和至少一个相关的队列而配置的。
5.根据权利要求1的装置,其中控制器是为了选择从中删除数据的队列而配置的,这种选择相对于长度在与被选定的队列相同的长度范围之内的其它队列的长度与被选定的队列的长度无关。
6.根据权利要求1的装置,其中控制器包括为执行软件指令而配置的处理器。
7.根据权利要求1的装置,其中控制器包括为了实质上与软件指令无关地操作而配置的硬件。
8.一种用来转移分组化数据的系统,该系统包括:用来接收分组化数据的输入端;与输入端耦合为排队储存分组化数据而配置的存储器,每个队列有相关的长度;与存储器耦合用来传输分组化数据的输出端;以及在操作中与存储器耦合用来从与某个长度范围大于具有至少一个相关队列的任何其它队列长度范围的特定的队列长度范围相关的特定的队列中删除至少一个数据包的控制装置。
9.根据权利要求8的系统,其中控制装置独立于与特定的队列长度范围相关的任何其它队列的长度有关的特定队列的长度地删除至少一个数据包。
10.根据权利要求9的系统,其中控制装置解除分配一部分储存着至少一个被删除的包的储存器。
11.根据权利要求10的系统,其中控制装置重新分配一部分储存着至少一个被删除的包的储存器。
12.一种方法,其中包括:
在某个网络节点中储存用于从该网络节点转移的分组化数据的队列和该队列长度的标记;
确定众多队列长度范围中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列;以及
从所述的至少一个相关的队列当中删除某个选定的队列的分组化数据。
13.根据权利要求12的方法,其中删除包括解除分配储存该分组化数据的存储器。
14.根据权利要求12的方法,其中删除包括重新分配储存该分组化数据的存储器。
15.根据权利要求14的方法进一步包括确定是否已超过用来转移分组化数据的节点的容量,而且其中确定众多队列长度范围当中哪一个具有最大的队列长度范围和至少一个相关的队列是作为对确定节点的容量已被超出的反应被确定的。
16.一种在转移数据包的网络节点中的数据流动方法,该方法包括:
在网络节点中储存用于从该网络节点转移的分组化数据的队列和队列长度的标记;
使分组化数据的队列与某些存储桶相关,这些存储桶具有能与之相关联的相关的队列长度范围;
确定这些存储桶当中哪一个被至少部份地填充并且相对于被至少部份地填充的任何其它存储桶具有最大的相关的队列长度范围;
从被确定的存储桶当中选择一个队列;以及
从被选定的队列当中删除分组化数据。
17.根据权利要求16的方法,其中删除包括解除分配储存分组化数据的存储器。
18.根据权利要求17的方法,进一步包括确定是否已超过用来转移分组化数据的节点的容量,而且其中确定哪一个被至少部份地填充的存储桶相对于至少部份地被填充的任何其它的存储桶具有最大的相关的队列长度范围是作为对确定节点的容量已被超过的反应被确定的。
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