軟體並行模型–多核系列之二

網路多核處理器硬體的設計都與平行處理相關，包括通常核間並行、核內部並行、核與副處理器的並行。如何組織核間並行以及核與副處理器的並行是網路處理器並行模型研究的重點。在硬體並行的基礎上，軟體的處理就是要充分利用處理任務間的彼此獨立性，將不同的任務同時交給不同的硬體單元來處理。

通常，一個網路應用程式可分為三個邏輯層面：控制層、資料處理層和管理層。從網路處理器所面向的處理任務看，不同的處理層面並行特性也不相同。對於控制層面和管理層面的任務一般是即時性較差的管理及控制操作，例如路由表的維護和連接埠狀態輪詢等，對於資料層面則是即時性較強的分組處理操作。

網路處理器的軟體並行模型分為以下三個層次

1.分組級並行

大部分網路應用都是基於分組級的，不同的分組一般經過類似的處理，分組間一般是獨立的，這樣分組可以由不同的處理單元平行處理。然而這種處理也存在一定的局限性，即當屬於同一個流的分組經過不同處理單元平行處理後必須有一個分組的重組保序過程。雖然上層的TCP等協議允許分組亂序，但是為了減小在終端分組重組的時間一般還要保證分組的順序。

2.分組內並行

在對分組內部處理的過程中，有些任務也是彼此獨立的，類似於微處理器設計中的線程級並行。

3.指令級並行

在網路處理器內部通過特殊的硬體結構完成處理器的並存執行，比如超標量技術。此外，有些處理器還使用了線程級並行技術。研究表明，在一般非特定的整數科學計算應用中，指令級並行是非常有限的，因此大部分網路處理器沒有大量使用指令級並行技術。

分組級並行就是採用多核心的處理器來實現的，利用多個核同時處理多個網路資料包，每個核有自己的指令儲存空間和片內局部儲存空間，可以獨立地執行指令並緩衝頻繁使用的局部資料，使得各個核可以全速運行而不需要等待慢速的外存存取操作。