專利名稱：一種信元頭轉換表的動態(tài)存儲管理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用共享內存型交換結構的ATM(異步傳輸模式)交換系統(tǒng)中信元頭轉換表(Input Translation Table-ITT)的動態(tài)存儲方法，具體地說，涉及交換機領域中ATM信元的交換管理機制。
ATM網是面向連接的通信網，端到端接續(xù)是在網絡通信開始以前建立，每一個ATM信元在網中獨立傳輸。ATM信元交換實質是根據信元信頭的路由選擇標號(虛通道指針VPI/虛電路指針VCI)，將輸入ATM邏輯信道的信元輸出到指定的輸出ATM邏輯信道上。ATM邏輯信道由以下兩個標示符構成物理端口編號和路由選擇標號(VPI/VCI)。
在采用共享內存型交換結構的ATM交換機中，必須有一套有效的交換機制，來保證交換網絡對信元的解析、轉換和存儲，以及管理信元凈荷在內存區(qū)的存儲。其中，信元凈荷實際并不參與具體的交換過程，而只是信元凈荷在內存中的存儲地址指針從輸入端傳到輸出端。在輸出端，只是把轉換后的信元頭加到信元凈荷上，輸出到指定的ATM邏輯信道上。在此過程中，信元頭的解析、轉換和存儲，顯得非常重要。
在目前采用的共享內存型交換結構的ATM交換系統(tǒng)中，采用了多種信元頭轉換和存儲管理機制，其中采用最多的是固定長度空間的存取方法，這種方法是對空閑塊采用固定大小的分配，雖然存取速度比較快，但是，存儲空間的利用率很低，浪費也嚴重，限制了連接的建立數(shù)量，從而，限制了交換機的整體性能。
本發(fā)明的技術方案是運用buddy(伙伴)系統(tǒng)，這種方法檢索合適大小的空閑塊很有效率，合并相鄰的空閑塊也很簡單，能有效實現(xiàn)ITT表的動態(tài)存儲分配。
本發(fā)明采用的buddy(伙伴)系統(tǒng)的ITT表動態(tài)存儲分配方法，其與連接相關的ITT表內存塊存取并不遵循一種簡單的模式，例如后分配先釋放(棧順序)，或者是先分配后釋放(隊列順序)，而是以任何順序請求和釋放任意大小的動態(tài)存儲分配模式。為了節(jié)約存儲空間，本發(fā)明針對基于同一ITT基址的VCI的實際使用范圍，分配與之大小相當?shù)膬却鎵K。ITT表項空間是在連接建立過程中由軟件根據一定的內存分配策略動態(tài)分配的，連接拆除時釋放該ITT表項空間。
對于VC(虛電路)連接來說，如果多條VC連接享有同樣的輸入端口、子端口和VPI(虛通道指針)，那么，他們將有同樣的LUT(THE LOOKUPTABLE信元頭檢索表)地址，因此，就有同樣的ITT基地址，每條連接對于ITT基地址的偏移量由VCI(虛電路指針)決定。在本發(fā)明的內存分配策略中，把整個ITT表所能使用的存儲空間分成若干長度不一的空間塊，對享有同樣的ITT基地址的所有VCI，統(tǒng)一申請一塊內存區(qū)。ITT表的內存空間分配以內存塊為單位。分配的空間塊的大小，必須大于映射到同一ITT表基址的VCI的使用范圍。VCI為16位，但在實際的使用中，并不是從0x0到0xffff都使用了，只是使用了一部分，因此，映射到同一基址的ITT表的實際所需存儲空間是可變的。這就意味著在為ITT表分配內存塊時，并不是每個內存塊都必須分配涵蓋整個VCI范圍的同樣大小的空間。如何提供基于同一ITT表基址的VCI使用范圍呢？連接參數(shù)里的VCI_base提供與此ITT表基址相關的VCI的最小值。例如如果預先知道連接的VCI最小為1024，最大為2000，就不會安排2k大小的ITT段，因此節(jié)約了空間。可設置VCI_base＝1024，ITT片段分配代碼則會分配1k大小的ITT片段，并調整ITT基址。所以，如果改變了VCI_base，必須把與該LUT相應的連接都關掉，并重建。
本發(fā)明所述的伙伴系統(tǒng)，其核心算法是K階伙伴系統(tǒng)的數(shù)學定義S[i+1]＝S[i]+S[i-k]，此處S[i]為第i的片段的塊大小。
因此，如果K＝0，S指指數(shù)伙伴系統(tǒng)。K＝1，指Fibonaci(斐波納契數(shù)列)伙伴系統(tǒng)。K值越大，塊空間就越大。為了簡化，本發(fā)明設置最小的塊空間為64，(也就是說S
＝64)。因為最大的塊空間大小由VCI的最大值決定，也就意味著●對于0階的伙伴系統(tǒng)，可能的塊空間大小有如下幾種0x40，0x80，0x100，0x200，0x400，0x800，0x1000，0x2000，0x4000，0x8000?！駥τ?階的伙伴系統(tǒng)，S[1]＝0x80，可能的塊空間大小有如下幾種0x40，0x80，0xc0，0x140，0x200，0x340，0x540，0x880，0xdc0，0x1640，0x2400，0x3a40，0x5e40，0x9880，0xf6c0，0x18f40?！駥τ?階的伙伴系統(tǒng)，S[1]＝0x80，S[2]＝0x100，可能的塊空間大小有如下幾種0x40，0x80，0x100，0x140，0x1c0，0x2c0，0x400，0x5c0，0x880，0xc80，0x1240，0x1ac0，0x2740，0x3980，0x5440，0x7d80，0xb500，0x10940。
伙伴系統(tǒng)處理固定大小的塊，當需要一個空閑塊時，獲得一個有效的塊空間。如果沒有該空間大小的塊時，就把比該空間稍大一點的塊分段，以獲得所需空間，當一段塊被釋放后，它尋找自己的伙伴，如果能夠找到，則共同組合成更大的空閑塊。當釋放不再使用的占用塊時，系統(tǒng)需要將這新的空閑塊插入到ITT空閑塊鏈表中去。即把地址相鄰的空閑塊歸并成更大空閑塊，在伙伴系統(tǒng)中則僅考慮互為“伙伴”的兩個空閑塊的歸并。何謂“伙伴”？如前所述，在分配時經常需要將一個空閑塊分裂成兩個大小相等的存儲區(qū)，這兩個由同一塊分裂出來的小塊就稱之“互為伙伴”?；厥湛臻e快時，只當其伙伴為空閑塊時才歸并成大塊。也就是說，若有兩個空閑塊即使是地址相鄰，但不是又同一大塊分裂出來的，也不歸并在一起。
在ITT表的動態(tài)存儲分配中，具體選用幾階伙伴系統(tǒng)取決于連接VPI，VCI的使用情況。例如，如果多條連接的VCI需要的空間是2的n次冪，適合應用指數(shù)伙伴系統(tǒng)。因為用于指數(shù)系統(tǒng)的空間塊正好合適。而如果所需的空間是1025，比較以上三種階數(shù)的伙伴系統(tǒng)的塊值，1階伙伴系統(tǒng)的最佳。
更具體地，本發(fā)明中使用0階伙伴系統(tǒng)，設S
＝64。在任何給定的時間，都可能有各種大小的空閑塊和占用塊。為實現(xiàn)對ITT空間的管理，在每個ITT段中，可配置3種類型的ITT鏈表A.為每一種大小的空閑塊保留一個單獨的ITT空閑塊鏈表；B.ITT占用塊表C.VP連接ITT表對ITT表的存儲空間有分配和回收的管理兩個步驟，其中，1.對ITT表的存儲空間分配實現(xiàn)步驟如下步驟一、選定伙伴系統(tǒng)的階數(shù)，在ITT表空間初始化過程中，把整個ITT表空間切割成一組依序排列的各種空間塊，并為每一種大小的空閑塊保留個單獨的ITT空閑塊鏈表；步驟二、建立連接時，如果該連接所映射的ITT表空間塊已經分配過，則在該空間塊中建立一項ITT表項即可；否則，根據VCI-base，確定所需ITT表空間塊的大小；步驟三、從最小空閑塊鏈表依次向更大的空閑鏈表查找，如果存在大小與之一致的空閑塊，則分配所需空間。如果并不存在大小與之一致的空閑塊，則需要從空間范圍更大的空閑塊中去查找，直到找到一個空閑塊，則將其中的一部分分配給它，而將剩余部分伙伴塊插入大小與之一致空閑塊的空閑表中。例如當需要分配一個0x1500字節(jié)的空間時，由于沒有與之相對應的空閑塊鏈表，也就沒有0x1500空間的空閑塊。于是查找大小為0x2000空閑塊的鏈接表，如果該鏈接表里沒有空閑塊可分配，則從大小為0x4000空閑塊的鏈接表中得到一個空閑塊，并把它分成兩個0x2000空閑塊，把其中一個空閑塊分配出去，另一塊鏈接在0x2000空閑塊的空閑鏈表里。
2.對ITT表的存儲空間回收實現(xiàn)步驟如下步驟一、拆除一條連接時，判斷該連接是否是所在的ITT表空間里的取后一條連接；如果是，則進行以下的ITT表空間回收算法，否則不回收該ITT表空間；步驟二、在回收ITT表空間塊時，應首先判斷其伙伴是否為空閑。若不空閑，則只要將釋放的空閑塊簡單插入在相應大小的空閑鏈表中即可。若空閑，則從相應大小的空閑鏈表中找到其伙伴，并在該鏈表中刪除它，然后再判斷合并后的空閑塊的伙伴是否為空閑塊；步驟三、重復步驟二，直到歸并所得空閑塊的伙伴不是空閑塊時，再把該空閑塊插入到相應大小的空閑鏈表中。
進一步，上述的本發(fā)明方法中，選取0階伙伴系統(tǒng)，在ITT表空間初始過程中，把整個ITT表空間切割成大小為0x40，0x80，0x100，0x200，0x400，0x800，0x1000，0x2000，0x4000，0x8000的各種空間塊。
本發(fā)明的有益效果是采用所述ITT表伙伴系統(tǒng)存儲管理機制，有效地節(jié)省了系統(tǒng)存儲空間，提高了檢索合適大小的塊空間的效率，簡化了合并相鄰空閑塊的步驟，實現(xiàn)了對ITT表空間的有效存儲管理。
圖2是本發(fā)明中的ITT表的存儲空間分配流程圖。
圖3是本發(fā)明中的ITT表的存儲空間回收流程圖。
先參閱
圖1所示它給出了信元頭的輸入轉換表之間的關系，在采用共享內存型交換結構的ATM交換系統(tǒng)中，信元頭的解析、轉換不是一次完成的，而是需要經過多次轉換才能完成。因為如果只用一次轉換完成，那么所需的轉換表空間為2**(VPI長度+VCI長度)，即2**28＝256M。要占用這么大的存儲空間，一般的交換網系統(tǒng)是無法滿足的。信元頭的多次轉換基于這樣一個前提并不是所有的256M連接都在同一個時刻同時存在，因而并不需要這么大的存儲空間。信元頭的轉換在輸入端涉及以下幾個輸入轉換表信元頭輸入端口表11(Port Mode Table，PMT)、信元頭檢索表12(The LookupTable，LUT)、信元頭轉換表13(Input Translation Table，ITT)。
上述的這些輸入轉換表11、12、13都是在連接建立時，在相應的存儲空間建立與該連接相關的各個表項。當連接建立后，有信元從該連接輸入時通過硬件查表PMT11、LUT12、ITT13等表，得到輸出的信元頭值。PMT11值由輸入端口號110索引得到，PMT11表里存放LUT12表的基址111，加上信元的VPI120值作偏移地址得到ITT表基址121，再加上VCI130值作偏移地址，得到ITT地址131，從而讀取到ITT表項。
請參閱圖2，其系ITT表13的存儲空間分配流程圖，把其編成程序2駐留在交換機的只讀存儲器中，并由其CPU執(zhí)行啟動本程序2，實施對ITT表13的存儲空間的分配，在所分配的空間塊中建立信元頭從ATM邏輯輸入信通道至指定的ATM邏輯輸出信道的連接表項。本實施例中，選定0階伙伴系統(tǒng)，程序啟動，執(zhí)行步驟21，把整ITT表13的內存空間切割成10種大小的空間塊，并為每一種大小的空間塊保留一個單獨的ITT空間塊鏈表，之后，執(zhí)行步驟22，建立一條連接，并根據該連接的信元頭路由選擇標VPI、VCI查接其所屬的ITT表13中的空閑塊是否已經存在？若存在，則跳躍而執(zhí)行步驟27，在所分配的ITT表13中空間塊中建立該連接的ITT表項；若該信元頭路由連接指向的空閑塊不存在，則執(zhí)行步驟23，根據VCI-base，所需ITT表13空間塊的大小，再從最小空閑塊鏈表依次向更大的空閑鏈表查找，是否存在大小與之一致的空閑塊？如果存在大小一致的空閑塊，便執(zhí)行步驟26，把找到的空閑塊分配出去，然后執(zhí)行步驟27，建立此連接的ITT表項；若執(zhí)行步驟23而知道不存在大小一致的空閑塊，則執(zhí)行步驟24，查詢能找到稍大一點的空閑塊嗎？若不能找到，則仍跳回執(zhí)行步驟24；若能找到稍大一點的空閑塊，便執(zhí)行步驟25，找到一個稍大的空閑塊，將該空閑塊中分割出一塊大小一致的空閑塊予以分配，而將剩余部分插入大小與之一致的空閑塊的空表中，之后，執(zhí)行步驟27，建立此連接的ITT表項。按所選的0階伙伴系統(tǒng)，在執(zhí)行步驟21時，把ITT表13的空間切割成大小為{0X40，0X100，0X200，0X400，0X800，0X1000，0X2000，0X4000，0X8000，}10種大小空間塊。
請參閱圖3，它是ITT表13的存儲空間回收的流程圖，把其編成程序3駐留在交換機的只讀存儲器中，并由其CPU執(zhí)行，啟動程序3，其任務是拆除信元頭進入的鏈接，回收已使用過的ITT表13的空間塊，使伙伴空間塊重新恢復成原有的大小的空間塊。啟動程序3，首先執(zhí)行步驟31，折除一條連接時，判斷該連接是否是所在的ITT表13空間里的最后一條鏈接，若不是最后一條連接，執(zhí)行步驟35，程序返回；若是最后一條鏈接，則執(zhí)行步驟32，判斷伙伴是否為空閑塊？若不空閑，須執(zhí)行步驟34，從相應大小的空閑鏈表中找到其伙伴，并在該鏈表中刪除它，然后再判斷合并后的空閑塊的伙伴是否為空閑塊？若空閑，須返回執(zhí)行步驟32；若不空閑塊，則執(zhí)行步驟34，再把該空閑塊插入到相應大小的空閑鏈表中，再執(zhí)行步驟35，程序返回。
權利要求
1.一種信元頭轉換表的動態(tài)存儲管理方法，其包括對ITT表的存儲空間分配和回收兩大步驟，其中a.對ITT表的存儲空間分配主要有如下步驟(1).根信元信頭的路由選擇標號VPI/VCI的使用情況，選用相適應階數(shù)的伙伴系統(tǒng)，并在ITT表空間初始化過程中，把整個ITT表空間切割成一組大小依序排列的各種空間塊，且為每一種大小的空間塊保留一個單獨的ITT空閑塊鏈表；(2).建立連接時，如果該連接所映射的ITT表空間塊已經分割過，則在該空間塊中建立一項ITT表；否則，根據VCI-base，確定所需ITT表空間塊的大?。?3).從最小空閑塊鏈表依次向更大的空閑鏈表查找，如果存在大小與之一致的空閑塊，則分配所需空間；如果并不存在大小與之一致的空閑塊，則需要從空間范圍更大的空閑塊中去查找，直到找到一個空閑塊，并從其中切割出所需大小的空閑塊分配給它，而余下的伙伴空閑塊部分插入大小與之一致的空閑塊表中；b.對ITT表的存儲空間回收主要步驟如下(1).拆除一條連接時，判斷該連接是否是所在的ITT表空間里的最后一條連接；如果是，則進行以下的ITT表空間回收算法，否則不回收該ITT表空間，(2).在回收ITT表空間塊時，應首先判斷其伙伴塊是否為空閑，若不空閑，則只要將釋放的空閑塊簡單插入在相應大小的空閑鏈表中即可；若空閑，則從相應大小的空閑鏈表中找到伙伴塊，并在該鏈表中刪除它，然后再判斷合并后的空閑塊的伙伴是否為空閑塊，(3).依此重復，直到歸并所有空閑塊的伙伴不是空閑塊時，再把該空閑塊插入到相應大小的空閑鏈表中。
2.根據權利要求1所述的信元頭轉換表的動態(tài)存儲空間管理方法，其特征在于，所選用的伙伴系統(tǒng)為0階伙伴系統(tǒng)，在ITT表空間初始化過程中，把整個ITT表空間切割成大小為{0X40，0X80，0X100，0X200，0X400，0X800，0X1000，0X2000，0X4000，0X8000，}10種空間塊。
全文摘要
一種信元頭轉換表的動態(tài)存儲管理方法，其包括對ITT表的存儲空間分配和回收兩大步驟，其中主要選用合適階數(shù)的伙伴系統(tǒng)，先將ITT表空間切割成一組大小依序排列的各種大小空間塊，并為每一種大小空間塊保留一個單獨的ITT空閑塊鏈表，建立輸入輸出邏輯通道連接時，在ITT空閑空間塊中檢索相應一致大小的空閑塊，然后建立該連接ITT表項。拆除連接時，如果該連接不是所映射的ITT空間塊中最后一條連接，則直接刪除該連接的ITT表項即可。本發(fā)明的ITT表伙伴系統(tǒng)存儲管理機制，有效地節(jié)省了系統(tǒng)存儲空間，提高了檢索合適大小的空間塊效率，簡化了合并相鄰空閑塊的步驟，實現(xiàn)了對ITT表空間的有效存儲管理。
文檔編號H04L12/40GK1409519SQ01126789
公開日2003年4月9日 申請日期2001年9月18日 優(yōu)先權日2001年9月18日
發(fā)明者周云 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所