基于层次化存储的高性能数据包缓存机制的研究与实现

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1、基Rln关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文(与学位论文相关)工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人签名：驰，．三趾导师签名：：虫立兰羔日期圣Q121f．纽日期丝!兰!墨笸／摘要随着网络链路速率提升到OC．768(40Gbps)，网

2、络节点在提高数据处理能力的同时也必须提供QoS控制，以满足各种应用的要求。作为一个存储．处理．转发的网络系统，网络处理器必须首先将接收到的数据缓存，然后进行协议处理并转发。然而网络中数据到达的速率有很大的波动性，因此需要大容量、高带宽并能够快速访存的缓冲存储单元来吸收网络中的数据波动。基于目前存储设备的发展现状，这种性能要求很难由单一的存储器提供。针对以上特点，结合XDNP中特殊的层次化存储体系，本文设计并实现了一种基于SRAM和DRAM存储器共同构成的数据包缓冲存储单元。其中，DRAM提供大容量数据包存储，而SR

3、AM负责实现快速访问，使该结构以较低的成本实现高性能包缓存。数据包缓存的管理机制包括三个方面：数据包缓存地址管理、数据包队列管理和发送队列调度。这三种管理机制通过减少对DRAM存储器的访问来提升数据包缓存的效率，并保证各个发送队列享有均等的数据带宽。为了提高数据包缓存的吞吐量，本文提出了一种完全靠硬件实现、支持任意个数的多通道存储的方法。并实现了数据包缓存中DRAM的3通道配置，通过通道问交叉存取隐藏存储器访问延时。论文的最后对上述数据包缓存管理机制进行了功能验证。并对单通道和3通道DRAM配置的包缓存单元性能进行

4、了对比。结果表明，采用3通道配置的包缓存单元提供的DRAM吞吐量是单通道198％，性能改善明显。关键字：网络处理器数据包缓冲存储缓存管理机制多通道存储存储带宽优化AbstractWitlltherapiddevelopmentofInternetlink-ratetoOC-768(40Gbps)，NetworknodesmustprovideacertaindegreeofQoScontrolaswellasenhancetheperformanceofdataprocess．Asanetworksystemofs

5、tore-process—forward，networkprocessorhastobufferIPpacketsfirstly,andthenprocessthemaccordingtoIPprotocols．BecausethearrivingrateofIPpacketvibratesdramatically,itisrequestedthatthepacketbuffershouldprovidelargecapacity,highbandwidthandfaststoragetoabsorbthedata

6、fluctuation．Basedoncharacteristicsofcommonmemories，therequiredperformanceofapacketbuffermemoryCanhardlybeprovidedbyasinglekindofmemorydevice．Inviewoftheabovefeatures，combinedwiththehierarchicalstoragesystem，thispaperproposedafastpacketbuffercomposedoffastSRAMa

7、ndslowbutlarge-storageDRAM，whichCanrealizehighperformancewithlowcost．Themanagementmechanismsofpacketbufferarealsoprovided．Themechanismshave3keycomponents：thepacketbufferaddressesmanagement，enqueue—dequeuemanagementandforwardingqueuescheduling．Thesemanagementme

8、chanismCanreducetheaccesstoDRAM，whichwillconsequentlyimprovetheefficiencyofpacketbufferstorageandensurethateveryforwardingqueueenjoyequalbandwidth．Inordertoimprovedatathroughputofp