Clos系統(tǒng)中基于輸出狀態(tài)反饋的負載均衡方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CLOS(克洛斯交換架構(gòu))系統(tǒng)的負載均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種CLOS系統(tǒng)中基于輸出狀態(tài)反饋的負載均衡方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]基于信元(CELL)的CLOS系統(tǒng)具有無阻塞，可擴展和大容量的特點，目前已成為交換芯片的主流。如圖1所示，傳統(tǒng)的CLOS系統(tǒng)包括若干個IM(輸入模塊)、若干個CM(中間模塊)和若干個OM(輸出模塊)，他們可組成3級的CLOS結(jié)構(gòu)，并且可以很容易得擴展成5級CLOS結(jié)構(gòu)。采用折疊方式，IM和OM功能可在一塊芯片內(nèi)實現(xiàn)，而CM則在另一塊芯片中實現(xiàn)。
[0003]以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包是變長的，且最大包長可能達到16000字節(jié)，在交換芯片中基于數(shù)據(jù)包進行交換會帶來較大的延時，并且需要很大的存儲空間來緩存最大數(shù)據(jù)包。為了提高延時性能和減少緩存容量，目前主流的CLOS系統(tǒng)中都是以信元為基本單位進行交換的，IM需完成把數(shù)據(jù)包切分成信元的送往CM，CM完成信元的交換，OM則需要把信元重新組成原來的數(shù)據(jù)包并輸出。
[0004]在CLOS交換架構(gòu)中，單級系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信元至少存在兩次負載均衡，第一次在頂中完成，第二次在CM中完成，這兩次負載均衡的作用是讓頂、CM和OM的各級緩存中的數(shù)據(jù)可以均衡，這樣就能減少一些不必要的擁塞，從而讓系統(tǒng)中的各級資源都充分利用起來。
[0005]頂?shù)呢撦d均衡通常采用輪詢或者隨機算法實現(xiàn)，因為對于頂來說無論哪個link都能到達目的0M，從單個芯片來說，無論數(shù)據(jù)信元走那個link都能到達目的地，并且這樣對頂來說其負載也是均衡的。
[0006]CM的負載均衡，由于到達目的OM的I ink數(shù)是一定的，也只能從這幾個I ink中選取一個發(fā)送出去，因此負載均衡在這幾個link之間產(chǎn)生，而每個link輸出都對應(yīng)一個輸出緩存，負載均衡把輸出緩存引入之后，再根據(jù)這幾個link的緩存狀態(tài)再選擇，這里的負載均衡是一個比較穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)，而且做到了均衡的目的。
[0007]但在實際使用中發(fā)現(xiàn)，雖然頂和CM的負載均衡的做法不一樣，從單個芯片來看其負載是均衡的，但是從系統(tǒng)的角度來看這個負載不一定均衡。
[0008]由于IM的負載均衡不關(guān)心目的0M，并且一個IM的數(shù)據(jù)可以發(fā)送到所有的CM，這樣從不同link上發(fā)送的數(shù)據(jù)信元在IM側(cè)是均衡的，但是這些信元的目的OM并不是都均衡的。到達某個OM的信元經(jīng)過所有CM的負載均衡之后，存在某個CM的信元多一些，這樣就會導(dǎo)致CM的出口緩存滿，并且出口緩存也不均衡，并且這種現(xiàn)象隨著單級系統(tǒng)中頂?shù)膫€數(shù)越多出現(xiàn)的概率越大，當(dāng)系統(tǒng)單級滿配時這種現(xiàn)象更明顯，如果這種現(xiàn)象不解決就會導(dǎo)致系統(tǒng)的運行效率降低，性能下降，比如OM達不到其最大流量，數(shù)據(jù)包延時加大等問題。
[0009]早期的信元交換芯片，一般吞吐量較低，系統(tǒng)容量也小，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，系統(tǒng)的不斷擴容，這種不均衡出現(xiàn)的概率越來越大，如果不加以控制會導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能正常運行。為了不影響系統(tǒng)的整體的調(diào)度能力和性能，只有采取比較合理的負載均衡手段，使系統(tǒng)的工作效率及其性能不會因為突發(fā)或者負載不均衡而導(dǎo)致下降。
[0010]因此，亟需采用其他技術(shù)手段來維持系統(tǒng)的調(diào)度能力和性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:在CLOS系統(tǒng)中有效實現(xiàn)負載均衡，使系統(tǒng)的工作效率及其性能不會因為突發(fā)或者負載不均衡而導(dǎo)致下降，從而維護系統(tǒng)整體的調(diào)度能力和性能。
[0012]為達到以上目的，本發(fā)明提供一種CLOS系統(tǒng)中基于輸出狀態(tài)反饋的負載均衡方法，包括以下步驟:
[0013]步驟SI:將每個CM的緩存狀態(tài)信息存放在對應(yīng)的數(shù)據(jù)信元中；周期性地將所述數(shù)據(jù)信元按照多輪發(fā)送的方式發(fā)送到每個0M，每輪發(fā)送中將所有CM對應(yīng)的數(shù)據(jù)信元依次發(fā)送到一個OM，從首個OM開始，發(fā)送多輪，轉(zhuǎn)入步驟S2 ；
[0014]步驟S2:每個OM收到數(shù)據(jù)信元后，根據(jù)數(shù)據(jù)信元所攜帶的CM的緩存狀態(tài)信息解析出CM的緩存狀態(tài);將解析出的緩存狀態(tài)發(fā)送至頂，轉(zhuǎn)入步驟S3;
[0015]步驟S3:頂根據(jù)OM發(fā)來的緩存狀態(tài)建立CM緩存狀態(tài)表;并對所述CM緩存狀態(tài)表進行更新，轉(zhuǎn)入步驟S4 ；
[0016]步驟S4:查詢負載均衡模式，在基于輸出狀態(tài)反饋的模式下利用所述CM緩存狀態(tài)表得到一組反饋緩存狀態(tài)最小值的比特向量組，根據(jù)該比特向量組進行計算、查詢，得到一個對應(yīng)的待發(fā)送數(shù)據(jù)信元的link;并在該link有效的情況下，將待發(fā)送數(shù)據(jù)信元通過該I ink進行發(fā)送。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟SI中，按照多輪發(fā)送的方式發(fā)送數(shù)據(jù)信元時，設(shè)置有狀態(tài)指示位，所述狀態(tài)指示位由兩個比特表示:用“10”表示一輪發(fā)送的開始，用“00”表示發(fā)送的中間，用“01”表示一輪發(fā)送的結(jié)束;步驟SI中所述周期性地將所述數(shù)據(jù)信元按照多輪發(fā)送的方式發(fā)送到每個OM，具體包括以下操作:
[0018]步驟SlOl:判斷本次發(fā)送是否是一輪新的發(fā)送的開始，若是，轉(zhuǎn)入步驟S102;否則，轉(zhuǎn)入步驟S103;
[0019]步驟S102:將狀態(tài)指示位配置成“10”，發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)信元到對應(yīng)的0M，轉(zhuǎn)入步驟S106；
[0020]步驟S103:判斷是否是這一輪發(fā)送的結(jié)束，若是轉(zhuǎn)入步驟S104;否則，轉(zhuǎn)入步驟S105；
[0021 ]步驟S104:將狀態(tài)指示位配置成“01”，發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)信元到對應(yīng)的0M，轉(zhuǎn)入步驟S106；
[0022]步驟S105:將狀態(tài)指示位配置成“00”，發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)信元到對應(yīng)的0M，轉(zhuǎn)入步驟S106；
[0023]步驟S106:根據(jù)配置的狀態(tài)指示位完成一輪數(shù)據(jù)信元的發(fā)送后，重復(fù)步驟SlOl?S106，進入下一輪數(shù)據(jù)信元的發(fā)送。
[0024]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S3中，IM根據(jù)OM發(fā)來的緩存狀態(tài)對所建立的CM緩存狀態(tài)表進行更新時，具體包括以下操作:
[0025]步驟S301:將收到的新的緩存狀態(tài)與CM緩存狀態(tài)表中相應(yīng)的舊的緩存狀態(tài)進行異或運算，判斷結(jié)果值是否為“0”，若是，返回步驟S301;否則，轉(zhuǎn)入步驟S302;
[0026]步驟S302:判斷狀態(tài)更新是否為一輪狀態(tài)的結(jié)束，若是，轉(zhuǎn)入步驟S303;否則，返回步驟S301;
[0027]步驟S303:將CM緩存狀態(tài)表中對應(yīng)的一列狀態(tài)完全更新，返回步驟S301。
[0028]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，步驟S4具體包括以下操作:
[0029]步驟S401:選擇一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)信元，轉(zhuǎn)入步驟S402;
[°03°]步驟S402:查詢IM的路由表，得到一組可以發(fā)送這個數(shù)據(jù)信元的I ink的比特向量組，轉(zhuǎn)入步驟S403;
[0031]步驟S403:查詢IM發(fā)送link的狀態(tài)，得到另一組可以發(fā)送待發(fā)送數(shù)據(jù)信元的link的比特向量組，轉(zhuǎn)入步驟S404 ；
[0032]步驟S404:將步驟S402和步驟S403中得到的兩個比特向量組進行按位相與運算，得到一個新的比特向量組，轉(zhuǎn)入步驟S405 ；
[0033]步驟S405:查詢負載均衡模式，判斷是否給予輸出狀態(tài)反饋的模式，若是，轉(zhuǎn)入步驟S406 ；否則，轉(zhuǎn)入步驟S407 ；
[0034]步驟S406:在基于輸出狀態(tài)反饋的模式下，查詢輸出狀態(tài)反饋的CM緩存狀態(tài)表，得到一組反饋緩存狀態(tài)最小值的比特向量組，將其與步驟S404中得到的比特向量組進行按位相與運算，得到一個新的比特向量組，轉(zhuǎn)入步驟S407 ；
[0035]步驟S407:對當(dāng)前得到的新的比特向量組，以歷史記錄為起點，按照RR算法開始進行查詢，得到一個對應(yīng)的可以發(fā)送待發(fā)送數(shù)據(jù)信元的I ink，轉(zhuǎn)入步驟S408;
[0036]步驟S408:判斷得到的link是否有效，若是，記錄查詢的次數(shù)后，將待發(fā)送數(shù)據(jù)信元通過該I ink進行發(fā)送，返回步驟S401;否則，轉(zhuǎn)入步驟S409 ；
[0037]步驟S409:記錄查詢的次數(shù)，判斷查詢的次數(shù)是否超過了設(shè)置的門限，若是，丟棄該I ink，結(jié)束;否則，返回步驟S401。
[0038]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述CM緩存狀態(tài)表中的每行表示某個OM對應(yīng)的所有CM的緩存狀態(tài)，每列表示某個CM到所有OM的緩存狀態(tài)，且表格中數(shù)值只有兩比特，表示對應(yīng)的CM到對應(yīng)的OM的相應(yīng)緩存狀態(tài)。
[0039]本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)上述方法的CLOS系統(tǒng)中基于輸出狀態(tài)反饋的負載均衡裝置，包括設(shè)于CM內(nèi)的數(shù)據(jù)信元發(fā)送單元、設(shè)于OM內(nèi)的緩存狀態(tài)解析單元，以及設(shè)于頂內(nèi)的CM緩存狀態(tài)表處理單元、緩存狀態(tài)查詢單元；
[0040]所述數(shù)據(jù)信元發(fā)送單元用于:將每個CM的緩存狀態(tài)信息存放在對應(yīng)的數(shù)據(jù)信元中；周期性地將所述數(shù)據(jù)信元按照多輪發(fā)送的方式發(fā)送到每個0M;
[0041 ]所述緩存狀態(tài)解析單元用于:收到數(shù)據(jù)信元發(fā)送單元發(fā)來的數(shù)據(jù)信元后，根據(jù)數(shù)據(jù)信元所攜帶的CM的緩存狀態(tài)信息，解析出CM的緩存狀態(tài);將解析出的緩存狀態(tài)發(fā)送至頂；
[0042]所述CM緩