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并行式快速路径无锁的QoS流量控制算法设计

发布时间:2018-12-24 14:25
【摘要】:随着互联网的飞速发展,网络承载的流量和内容也越来越庞大,由此造成的网络拥塞和用户体验下降也越来越成为人们关注的焦点。由于如今网络流量的使用量过大,以及各种P2P,VOIP等这类特征特殊且占据网络大量带宽流量的应用类型的产生,使得提高网络流量传输质量成为必然要解决的问题。传统情况下,人们往往通过增加网络处理器等来提高性能,然而硬件具有可编程性复杂与无法承担复杂任务等缺点,无法适应日趋灵活的网络流量需求。要提高网络传输质量,一方面需要尽可能利用现有的硬件体系提高性能。在这点上,本文采取了一种多核并行式计算机结构。自多核处理器被发明以来,其发展就广受瞩目,随着一个个难点被解决,其体现出来的性能是传统网络处理器专用硬件不能比拟的。另一方面,对流量进行一定的管理也能提高网络传输质量,本文所采用的方案是使一些无弹性与时延要求较高的流量不会被另一些弹性强与重要性较低的流量所冲突,这个方法需要建立一个良好的QoS框架。本文着重讨论了如何在满足大流量带宽控制需求的高性能的多路/核的CPU硬件体系上实现并行、无锁的QoS程序设计和算法实现。本文首先介绍了QoS的概念与技术要点,然后对QoS的框架作了一定的说明,并介绍了用到的识别与流量整形的算法,流量识别分类的嵌套结构。接着对于如今的多核并行式系统进行了说明。由于并行式系统的一大难点就是解决线程与线程之间的冲突问题,本文针对程序设计中的难点提出了解决方案,利用无锁编程以及用原子操作替代锁操作的方式来解决串行式问题。最后重点针对如何将解决方案实际应用到流控框架中并实际对流量进行监管的整个数据流处理过程进行了详细的解说,该控制算法最后被证明在真实环境中是稳定有效的。
[Abstract]:With the rapid development of the Internet, the traffic and content of the network is becoming more and more huge. The network congestion and the decline of the user experience have become the focus of attention. Due to the excessive usage of network traffic and the emergence of various applications with special characteristics such as P2P / VOIP, which occupy a large amount of network bandwidth traffic, improving the quality of network traffic transmission has become an inevitable problem to be solved. In the traditional situation, people often increase the performance by adding network processors. However, the hardware has the shortcomings of programmability, complexity and inability to undertake complex tasks, so it can not adapt to the increasingly flexible network traffic requirements. In order to improve the network transmission quality, on the one hand, we need to use the existing hardware system to improve the performance. At this point, this paper adopts a multi-core parallel computer structure. Since the invention of multi-core processor, its development has attracted much attention. As the difficulties are solved, the performance of multi-core processor can not be compared with the traditional network processor dedicated hardware. On the other hand, a certain amount of traffic management can also improve the quality of network transmission. The scheme adopted in this paper is to ensure that some inelastic and time-delay traffic will not be conflicted by other traffic which is more flexible and less important. This approach requires a good QoS framework. This paper focuses on the implementation of parallel, lock-free QoS programming and algorithm implementation on the high performance multichannel / core CPU hardware architecture that meets the requirements of large traffic bandwidth control. This paper first introduces the concept and technical essentials of QoS, then explains the framework of QoS, and introduces the algorithms of identification and traffic shaping, and the nested structure of traffic recognition classification. Then the multi-core parallel system is explained. As one of the most difficult problems in parallel systems is to solve the conflict between threads, this paper proposes a solution to the difficulties in programming. Lock-free programming and atomic operation instead of lock operation are used to solve the serial problem. Finally, the detailed explanation of the whole data flow processing process, which is how to apply the solution to the flow control framework and monitor the flow in practice, is given. The control algorithm is proved to be stable and effective in the real environment.
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP393.06

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本文编号:2390741

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