本发明涉及多核通用处理器查表转发
技术领域：
：，具体涉及一种实现高速缓存表的方法。
背景技术：
：：一台网络通讯设备,其处理器在处理报文时,会经历多次查表过程，每次查表会从前一查表过程取得，或从报文中取得，或其他途径取得查表关键字，也可以从多种渠道组合得到查表关键字，查表关键字和被查表的每个表项的关键字部分进行匹配，匹配有相等匹配，掩码后相等匹配，以及最长匹配等，最简单的就是相等匹配，相等匹配是如果表项的关键字和查表关键字相等，则认为匹配成功，匹配成功后，该表项中保存的结果被提取出来用于处理报文。这种表其实就是sdn中的流表(flowtable)。表的添加，删除，查找的速度以及表的容量都是设备性能比较重要的指标。为了提高查表速度等，通常会牺牲内存，使用直接索引表，是申请一大块内存，等于最大关键字的值乘以表项大小，以关键字作为索引去访问每个表项。关键字直接就是索引，一次找到结果，查找速度快，缺点耗内存大。比直接索引表速度慢一点的耗内存相对较少的是哈希索引表。从关键字计算出一个索引，这个索引不能唯一确定到查表结果，需要遍历冲突链表，逐个匹配查找，查表速度慢，耗内存小。直接索引表和哈希索引表是两种最重要的表组织方法，还有trie表,二叉树等等其他的表组织方法,特点就是比较复杂,速度慢。对于任何表的查找速度需要提高，可以为这个原始表配套建立一个高速缓存表，查表算法改进为先根据关键字查高速缓存表，查找如果命中，过程结束。如果查找不到结果，根据关键字查原始表获得结果,如果原始表查找结果是查找命中，结果和关键字根据某种原则过滤后放入高速缓存。表项需要变动时，导致缓存失效，需要清除缓存相关表项或清除整个表项。上述是构建高速缓存表的通用方法。高速缓存表的操作包括查找，添加，指定删除或全删除。高速缓存表常需要在通用cpu外增加额外硬件例如tcam来实现，成本较高，但效果比较好。技术实现要素：本发明提出的一种实现高速缓存表的方法，提供一种低成本实现高速缓存表的方法。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种实现高速缓存表的方法，硬件需要选取支持simd指令的通用处理器，包括以下步骤：1)使用一个或多个simd寄存器用于关键字的匹配,使用一个或多个simd寄存器或内存保存缓存条目的结果；使用simd指令操作simd寄存器，以及配合使用内存来实现缓存查找，缓存添加，缓存指定删除，缓存全删除。支持关键字大小包括，1字节，2字节，4字节，8字节等，即通用cpu携带的simd寄存器支持的单元大小,如果是128位simd寄存器这样对应每个寄存器支持的单元数量为16，8，4，2。2)高速缓存的查找，将查表关键字放入simd寄存器b，通过simd指令，将关键字复制到simd寄存器b的各个单元。通过simd寄存器b去和保存在simd寄存器a中的表关键字信息匹配结果放到simd寄存器b，simd寄存器b某个单元的值如果是1表示匹配，是0表示不匹配，获取simd寄存器b最高位连续为0的个数(这是可使用方式之一，也可其他方式)，经过换算，得到匹配单元的单元号n。再用n去内存或另一个simd寄存器d中提取结果。3)高速缓存添加，使用上述高速缓存查找方法查找simd寄存器a中无效单元n，将待添加关键字替换该单元中无效值，结果写入n相应于内存或另一个simd寄存器d相应单元。4)高速缓存指定删除，对于需要删除的单元n，修改simd寄存器a中对应单元值为无效值。5)高速缓存全删除，simd寄存器a所有单元设置为无效值。由上可知，本发明的一种实现高速缓存表的方法，有益效果如下：本发明的高速缓存表查找速度较快，命中时会比查直接表命中甚至还会更快，因为不访存；各个核的缓存相独立，在流分发时，缓存容量相当于各个核的缓存容量叠加；不命中时代价低，查找的时间就是代价，查找速度快，不命中代价低；添加时速度快，键值simd寄存器某个表项如果为无效值那么，添加到该表项，查找无效值表项使用simd一对多的匹配非常快，存缓存键值也就非常快，因为不访存，如果simd寄存器保存结果,速度非常快，保存到内存会稍慢一点；最好的情况下查表均能命中高速缓存表，性能大幅度提升。附图说明图1是本发明的高速缓存的查找示意图；图2是一个ipv4路由表的高速缓存表；图3是一个ipv4路由表支持地址+掩码的高速缓存表的实现高速缓存表；图4是一个ipv4路由表支持地址+vpnid的高速缓存表的实现高速缓存表。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明：如图2所示：是一个ipv4路由表的高速缓存表实现，ipv4路由表(后通称为原始表)的关键字是目的ip地址，原始表的查表结果是一个索引值，该表查找方式为目的地址的相等匹配。该表中有10.1.1.1，11.1.1.1，192.8.1.1等多个条目，高速缓存表占用两个neonsimd寄存器，一个寄存器a，用于保存关键字，另一个寄存器d保存查表结果，该缓存表已经添加了一条有效的条目11.1.1.1，查表结果是123，其他3个条目为无效。查找时如图1所示，先复制查找关键字目的地址11.1.1.1到simdregisterb各个单元，如图1所示registerb中得到复制后结果，接下来匹配操作，用simd指令进行匹配b＝(b＝＝a)，如图1所示registerb中得到匹配后结果，registerb中有效项是第一个条目，然后从d提取结果123到寄存器b中。如图3所示：是一个ipv4路由表支持地址+掩码的高速缓存表的实现，由于匹配使用了掩码，高速缓存可以支持更多的流，但因为路由表是最长匹配，只有叶子路由才能放入该缓存。原始表的关键字是目的ip地址和掩码，原始表的查表结果是一个索引值，该表查找方式为目的地址和掩码算术与操作后的的相等匹配。该表中有10.1.1.0/24，11.0.0.0/8，192.8.1.1/32等多个条目，高速缓存表占用三个neonsimd寄存器，其中寄存器a，用于保存目的地址关键字，寄存器c保存掩码关键字寄存器，寄存器d保存查表结果，该缓存表已经添加了三条有效的条目，有1个条目为无效。查找也是经过复制，匹配，取结果的过程，所不同的是，simd指令进行匹配算法换为b＝((b&c)＝＝a),如果是11.1.1.2的目的地址来查找这张表，匹配后结果会是b{0，1，0，0}，然后从寄存器d中提取到单元2的数值：123。如果是192.8.1.1的目的地址来查找这张表，匹配后结果会是b{0，0，1，0}，然后从寄存器d中提取到单元3的数值：1026。如图4所示：是一个ipv4路由表支持地址+vpnid的高速缓存表的实现。原始表的关键字是目的ip地址和vpnid，原始表的查表结果是一个索引值，该表查找方式为目的地址和vpnid同表项中条目同时相等的匹配。该表中有10.1.1.1(1)，10.1.1.1(2)11.1.1.1(1)，192.8.1.1(1)4个条目，高速缓存表占用2个neonsimd寄存器，其中寄存器a，用于保存目的地址关键字，寄存器d同时保存查表结果和vpnid关键字,(各占16bits)，该缓存表已经添加了4条有效的条目。查找时，复制，匹配，取结果的过程都有，查表的输入数据这里使用了ac两个寄存器进行，复制过程如图4右下表所示。匹配过程中，simd指令进行匹配算法为b＝((b＝＝a)&&((d&0xff)＝＝c),如果是10.1.1.2(1)的目的地址来查找这张表，匹配后结果会是b{1，0，0，0}，然后从寄存器d中提取到单元2的数值：128、1(各占16bit),右移16bit得到结果128。如果是10.1.1.2(2)的目的地址来查找这张表，匹配后结果会是b{0，1,0，0}，然后从寄存器d中提取到单元2的数值：1028、1(各占16bit),右移16bit得到结果1028。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。当前第1页12当前第1页12