50、路由器数据调度与分布式系统技术解析

路由器数据调度与分布式系统技术解析

一、数据包调度算法

1.1 快速堆的实现

在数据包调度中，为了计算最小值，可利用高效的数据结构。例如，芯片能够在一次内存访问时间内计算 32 个值的最小值。由于更新可能需要改变从叶子到根路径上所有父节点的值，且每次改变父节点值需要一次读内存和一次写内存操作，所以最坏情况下的内存访问次数等于 32 路堆最大高度的两倍，即 log₃₂N（N 为流的数量）。当 N 小于 32³ = 32K 时，计算最小值仅需六次内存访问。通过使用大基数对数，每个数据包的 log N 项在实践中可以变得非常小。

这里采用了高效的数据结构（P15），并以专用排序芯片的形式添加硬件（P5）。该芯片利用宽内存和局部性（P5b，利用局部性）来减少内存访问时间。另外，构建堆的第二种技术不使用宽字，而是采用流水线技术，相关内容在其他资料中有描述。这两种实现快速堆的方法代表了内存子系统设计策略中的两种（P5a、b，流水线和宽字并行）。

1.2 DRR 和虚拟时钟算法问题及解决方法

在 DRR 和虚拟时钟算法中，如果所有预留速率彼此相差较小倍数，基本思路效果良好。但如果速率相差几个数量级（如从遥测应用到视频），这两种方案会引入一种特殊的突发性问题。可以使用双队列技术来解决该问题，但这会增加实现的复杂性，在实际中可能并非必需。

若硬件不可用且 log n 成本显著，有两种降低计算量的方法：
- 方法一：牺牲截止时间的准确性以减少计算量（P3b）
- 操作步骤：将截止时间（标签）四舍五入为整数。例如，将原本的截止时间 100.13、115.27、61 四舍五入为