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Constructing Virtual FIFOs in CPU Cache Hierarchy for Software Data Plane Orchestration
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AI
DOI：10.1109/tc.2026.3725652.png)
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摘要
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软件数据平面（SDP）长期以来一直是通用硬件上高性能网络应用中I/O性能的基础。现代网络场景通常要求100+Gbps网络接口（NIC）具备线速深度网络应用（DNAPP）能力。面对此类挑战，当前基于内存层次结构的SDP数据编排方法难以满足严格的吞吐量和延迟要求，或最小化主机互连拥塞和缓存资源争用。本研究中，我们提出，为了理想地管理SDP的数据包接收队列（RXQs），应在现有内存层次结构上为每个RXQ虚拟化一个逻辑FIFO。为此，我们提出了FRM（FIFO-like RXQ Management），一种在缓存层次结构内监控和管理RXQs的综合性方案。FRM通过以下方式实现FIFO虚拟化：（1）一个动态分配-预取框架，在中间级缓存、末级缓存（LLC）和DRAM之间构建FIFO-like RXQ流水线；（2）一个LLC分配框架，为RXQs分配LLC空间并防止它们之间的干扰。实验表明，FRM显著优于当前最先进的面向SDP的预取方法。它提高了随机大小数据包负载下的峰值吞吐量高达60.7%，并在I/O密集型基准测试下将接近饱和负载的延迟降低了44.9%。在高网络负载下，FRM将LLC写回带宽降低了41.2%，并增强了非I/O数据访问的缓存性能。
Keyword:
cache resource orchestration
hardware prefetching
Direct Cache Access
software data plane
DPDK
