Packet scheduling is a fundamental networking task that recently received renewed attention in the context of programmable data planes. Programmable packet scheduling systems such as those based on Push-In First-Out (PIFO) abstraction enabled flexible scheduling policies, but are too resource-expensive for large-scale line rate operation. This prompted research into practical programmable schedulers (e.g., SP-PIFO, AIFO) approximating PIFO behavior on regular hardware. Yet, their scalability remains limited due to extensive number of memory operations. To address this, we design an effective yet resource-efficient packet scheduler, Range-In First-Out (RIFO), which uses only three mutable memory cells and one FIFO queue per PIFO queue. RIFO is based on multi-criteria decision-making principles and uses small guaranteed admission buffers. Our large-scale simulations in Netbench demonstrate that despite using fewer resources, RIFO generally achieves competitive flow completion times across all studied workloads, and is especially effective in workloads with a significant share of large flows, reducing flow completion time up to 4.91x in datamining workload compared to state-of-the-art solutions. Our prototype implementation using P4 on Tofino switches requires only 650 lines of code, is scalable, and runs at line rate.


翻译:数据包调度是一项基础网络任务,近期在可编程数据平面背景下重新受到关注。基于后入先出(PIFO)抽象的可编程数据包调度系统虽能实现灵活的调度策略,但其资源开销过大,难以支持大规模线速运行。这促使研究者开发在常规硬件上近似PIFO行为的实用可编程调度器(如SP-PIFO、AIFO)。然而,由于大量内存操作的存在,其可扩展性仍受限制。为此,我们设计了一种高效且资源节约的数据包调度器——范围优先队列(RIFO),每个PIFO队列仅需三个可变存储单元和一个FIFO队列。RIFO基于多准则决策原理,采用小型有界准入缓冲区。我们在Netbench中的大规模仿真表明:尽管使用更少资源,RIFO在所有测试负载中均能获得具有竞争力的流完成时间,尤其在大流量占比显著的工作负载中表现突出——在数据挖掘负载中,相较于最先进方案可将流完成时间降低达4.91倍。基于P4语言在Tofino交换机上的原型实现仅需650行代码,具备良好可扩展性且能以线速运行。

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