一种基于Openflow的事件并行控制器及其事件并行处理方法

摘要

本发明公开了一种基于Openflow的事件并行控制器及其事件并行处理方法，该方法将Openflow消息的收发与Openflow事件的处理相分离，利用额外的计算线程对Openflow事件处理进行加速。应用开启后的控制器将建立与交换机的链接，并将链接平均地分给多个I/O线程，每个链接上消息的收发由唯一的I/O线程处理。应用在接收Openflow消息后，触发对应的Openflow事件，并根据事件的类型产生对流对象和状态对象的处理任务，交由不同的线程进行处理。在流事件处理过程中，能够动态产生子任务，并由多个线程并行执行。对共享状态，使用唯一的状态线程进行处理。本发明方法相对于现有的Openflow事件的并行处理方法具有更好的性能可扩展性、以及更简单的数据访问方式。

主权项

一种基于Openflow的事件并行控制器，其特征在于：该控制器包括有流处理模块(1)、状态处理模块(2)和Openflow消息分配控制模块(3)；Openflow消息分配控制模块(3)第一方面采用异步非阻塞IO模型从链接的接收缓冲区中接收Openflow交换机(4)发送的Openflow消息；所述Openflow消息中包括有Packet‑in消息、Flow‑Removed消息、Port‑status消息和Error消息；Packet‑in消息是指流到达消息；Flow‑Removed消息是指流移除消息；Port‑status消息是指端口状态消息；Error消息是指错误消息；Openflow消息分配控制模块(3)第二方面将流处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base-flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$发送到流处理模块(1)的主线程本地任务队列Q_z中；表示Packet‑in事件对应的流处理任务；表示Flow‑Removed事件对应的流处理任务；所述流处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$的获取是：(A)首先依据Packet‑in消息触发Packet‑in事件；然后根据Packet‑in事件生成Base_flow结构的流对象FLOW_{Base_flow}＝{F₁,F₂,…,F_f}；最后根据Base_flow结构中start方法生成所述Packet‑in事件对应的流处理任务(B)首先依据Flow‑Removed消息触发Flow‑Removed事件；然后根据Flow‑Removed事件生成如表1中Base_flow结构的流对象FLOW_{Base_flow}＝{F₁,F₂,…,F_f}；最后根据Base_flow结构中start方法生成所述Flow‑Removed事件对应的流处理任务Base_flow结构的流对象FLOW_{Base_flow}＝{F₁,F₂,…,F_f}中F₁表示第一种类型的流对象，F₂表示第二种类型的流对象，F_f表示最后一种类型的流对象，f为流对象的标识号；表1  Base_flow类Openflow消息分配控制模块(3)第三方面将状态处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-2}=\{{\mathrm{SA}}_{Port-status}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}},{\mathrm{SA}}_{Error}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}}\}$发送到状态处理模块(2)的访问任务队列$P_{state}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}}=\{P_1,P_2,...,P_s\}$中；表示Port‑status状态处理任务；表示Error状态处理任务；所述状态处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-2}=\{{\mathrm{SA}}_{Port-statu\bar{s}}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}},{\mathrm{SA}}_{Error}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}}\}$的获取是：(A)首先依据Port‑status消息触发Port‑status事件；然后根据Port‑status事件生成Base_state结构的状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}的处理任务，即Port‑status状态处理任务记为(B)首先依据Error消息触发Error事件；然后根据Error事件生成针对如表2中Base_state结构的状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}的处理任务，即Error状态处理任务记为Base_state结构的状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}中S₁表示第一种类型的状态对象，S₂表示第二种类型的状态对象，S_s表示最后一种类型的状态对象，s表示状态对象的标识号；表2  Base_state类Openflow消息分配控制模块(3)第四方面接收流处理模块(1)输出的controller‑to‑switch消息；Openflow消息分配控制模块(3)第五方面采用异步非阻塞IO模型从消息－线程TH₃＝{C₁,C₂,…,C_c}中所属的链接的发送缓冲区中向Openflow交换机(4)输出controller‑to‑switch消息；消息－线程TH₃＝{C₁,C₂,…,C_c}中C₁表示Openflow消息分配控制模块(3)中的第一个线程，C₂表示Openflow消息分配控制模块(3)中的第二个线程，C_c表示Openflow消息分配控制模块(3)中的最后一个线程，c表示Openflow消息分配控制模块(3)中的线程标识号；流处理模块(1)第一方面用于接收Openflow消息分配控制模块(3)输出的流处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\};$流处理模块(1)第二方面将${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$保存到主线程本地任务队列Q_z中；流处理模块(1)第三方面将${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$通过轮询的方式发送到计算线程本地任务队列中；计算线程TH₁＝{A₁,A₂,…,A_a}所对应的本地任务队列集合记为流－线程TH₁＝{A₁,A₂,…,A_z,…,A_a}中A₁表示流处理模块(1)中的第一个线程，A₂表示流处理模块(1)中的第二个线程，A_z表示流处理模块(1)中的第z个线程，A_a表示流处理模块(1)中的最后一个线程，a表示流处理模块(1)中的线程标识号；第一个线程A₁对应的本地任务队列记为Q₁，第二个线程A₂对应的本地任务队列记为Q₂，第z个线程A_z对应的本地任务队列记为Q_z，最后一个线程A_a对应的本地任务队列记为Q_a；流处理模块(1)第四方面执行${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$中的具体任务；并动态生成对流对象FLOW_{Base_flow}＝{F₁,F₂,…,F_f}的处理任务，记为流对象子任务将所述添加到$Q^{{\mathrm{TH}}_1}=\{Q_1,Q_2,...,Q_a\}$中；流处理模块(1)第五方面执行${\mathrm{TASK}}_{3-1}=\{{\mathrm{FA}}_{Packet-in}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}},{\mathrm{FA}}_{Flow-\mathrm{Re}moved}^{{\mathrm{FLOW}}_{Base\_flow}}\}$中的具体任务；并动态生成对状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}的处理任务，记为状态对象子任务根据所述的的global属性的值，进行判断；如果global为true，则表示该状态为全局共享状态，则将所述的给予状态处理模块(2)，并等待状态处理模块(2)的任务完成消息STA_2‑1；反之，如果global不为true，则表示该状态为局部共享状态，则流处理模块(1)中的产生所述的线程直接执行；Base_state结构的状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}中S₁表示第一种类型的状态对象，S₂表示第二种类型的状态对象，S_s表示最后一种类型的状态对象，s表示状态对象的标识号；流处理模块(1)第六方面通过任务窃取的方式进行计算线程的任务负载均衡；流处理模块(1)第七方面输出controller‑to‑switch消息给Openflow消息分配模块(3)；计算线程将需要输出的controller‑to‑switch消息同步地写入到消息－线程TH₃＝{C₁,C₂,…,C_c}中所属的链接的发送缓冲区中；TH₃＝{C₁,C₂,…,C_c}中C₁表示Openflow消息分配控制模块(3)中的第一个线程，C₂表示Openflow消息分配控制模块(3)中的第二个线程，C_c表示Openflow消息分配控制模块(3)中的最后一个线程，c表示Openflow消息分配控制模块(3)中的线程标识号；状态处理模块(2)第一方面接收Openflow消息模块(3)发出的状态处理任务${\mathrm{TASK}}_{3-2}=\{{\mathrm{SA}}_{Port-status}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}},{\mathrm{SA}}_{Error}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}}\},$并将${\mathrm{TASK}}_{3-2}=\{{\mathrm{SA}}_{Port-status}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}},{\mathrm{SA}}_{Error}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}}\}$保存到状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}的访问任务队列中；访问任务队列中第一种类型的状态对象S₁对应的访问任务队列记为P₁，第二种类型的状态对象S₂对应的访问任务队列记为P₂，最后一种类型的状态对象S_s对应的访问任务队列记为P_s；状态处理模块(2)第二方面接收流处理模块(1)发出的状态处理任务并将保存到状态对象STATE_{Base_state}＝{S₁,S₂,…,S_s}的访问任务队列中；状态处理模块(2)第三方面状态－线程TH₂＝{B₁,B₂,…,B_b}中的B₁从中提取出属于B₁的访问任务队列$P_{state}^{B_1}=\{P_1,P_2,...,P_s\},$且$P_{state}^{B_1}\in P_{state}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}};$然后B₁通过轮询的方式执行中的任务；当执行完成后，向流处理模块(1)发送的任务完成消息状态－线程TH₂＝{B₁,B₂,…,B_b}中B₁表示状态处理模块(2)中的第一个线程，B₂表示状态处理模块(2)中的第二个线程，B_b表示状态处理模块(2)中的最后一个线程，b表示状态处理模块(2)中的线程标识号；状态－线程TH₂＝{B₁,B₂,…,B_b}中的B₂从中提取出属于B₂的访问任务队列$P_{state}^{B_2}=\{P_1,P_2,...,P_s\},$且$P_{state}^{B_2}\in P_{state}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}};$然后B₂通过轮询的方式执行中的任务；当执行完成后，向流处理模块(1)发送的任务完成消息状态－线程TH₂＝{B₁,B₂,…,B_b}中的B_b从中提取出属于B_b的访问任务队列$P_{state}^{B_b}=\{P_1,P_2,...,P_s\},$且$P_{state}^{B_b}\in P_{state}^{{\mathrm{STATE}}_{Base\_state}};$然后B_b通过轮询的方式执行中的任务；当执行完成后，向流处理模块(1)发送的任务完成消息对于状态处理模块(2)第四方面向流处理模块(1)发送的任务完成消息集合记为${\mathrm{STA}}_{2-1}=\{{\mathrm{STA}}_{2-1}^{B_1},{\mathrm{STA}}_{2-1}^{B_2},...,{\mathrm{STA}}_{2-1}^{B_b}\}.$