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2025-09-29
Credit-Based机制的算法使用
【摘要】：如果一个设计将上述这些因素考虑进去，Credit-Based机制的实现更为复杂。为深入研究Credit-Baed机制所使用的算法，我们首先定义以下系统参数。使用Credit-Based机制进行报文传递时，Upstream需要获得Credit然后才能发送报文。图9-6 Buf_Alloc的组成N1缓冲该参数用来防止因为线路延时而造成的Overrun，Credit-Based流量控制机制所采用的算法对该参数的解释有略微区别，详见下文。如果N2的值为10，Current节点每转发10个报文后，才向Downstream发送一个Credit报文，从而整个系统用于传送Credit报文所占用的带宽不会超过10%。
在第9.1.2节中提到的Credit-Based机制是一个较为理想的模型，在这个模型中，没有考虑网络的延时和拥塞，也没有考虑Current节点何时采用哪种策略将Credit传送给Up-stream节点，同时也没有考虑Buf_alloc缓冲是否会出现上溢出（Overrun）或者负载（Un-derrun）。本节将首先给出Overrun和Underrun的定义，然后讨论Credit-Based机制使用的各类算法以及这些算法中使用的各类参数。
●在本章中，Overrun指Current节点没有足够的缓存接收来自Upstream节点的数据报文；或者Downstream节点没有足够的缓存接收来自Current节点的数据报文。
●而Underrun指Downstream节点有足够的缓存可以接收Current节点的报文，但是Cur-rent节点的缓存中没有需要发送的报文；或者Current节点有足够的缓存可以接收Up-stream节点的报文，但是在Upstream节点的缓存中没有需要发送的报文。
这两种溢出情况都将导致链路带宽的浪费，在实际设计中需要尽力避免这两种溢出。此外在一个设计中，还需要考虑链路的传送延时。由于传送延时的存在，Current节点向Up-stream节点传送Credit信息时，这个Credit信息并不能瞬间到达，因而会造成这两个节点间，Credit的同步问题。如果一个设计将上述这些因素考虑进去，Credit-Based机制的实现更为复杂。为深入研究Credit-Baed机制所使用的算法，我们首先定义以下系统参数。
（1）RTT（Round Trip Time）
该参数记载数据通路的链路延时，单位为s（秒）。使用Credit-Based机制进行报文传递时，Upstream需要获得Credit然后才能发送报文。在链路中存在两个延时，一个是Current节点向Upstream节点发送Credit报文的线路延时TCU，另一个是Upstream节点向Current节点发送数据报文的延时TUC。
如果一个物理链路的发送与接收链路速度相等，而且Credit报文长度等于数据报文长度时，TCU将等于TUC。但是在很多情况下这两个值并不相等。本章为简化起见，假设TCU与TUC的值相等。
而RTT是这两种延时之和，RTT的值和物理链路的延时成正比。除此之外节点在发送数据报文时需要通过若干逻辑门，这也增加了传送延时。RTT的值可以在链路配置时计算出来，但是在具体实现中，设计者可能使用一个事先预估的数值作为RTT。值得注意的是，该参数不能估计得过低，否则将会造成Current节点的Overrun；也不能估计得过高，否则将可能引发Current节点的Underrun。
（2）BLINK
该参数存放Upstream、Current和Downstream节点间数据传递的峰值带宽，即数据链路所能提供的最大物理带宽，单位为bps（Bits Per Second）。为简便起见，本章认为这几个节点间进行数据传递时的峰值带宽相等。
（3）Packet_Size
该参数存放一个数据报文的大小，单位为Bit。假定所有节点间进行数据通信时使用的数据报文的大小相等。值得注意的是，在PCIe总线中，数据报文并不等长，这为PCIe总线的流量控制带来了不小的麻烦。
（4）F（In-flight Data）
该参数存放在RTT时间段内，Upstream节点和Current节点之间的双向链路上存在的报文，其单位为报文数。其最大值等于RTT×BLINK/Packet_Size。该值在链路进行远距离传送时必须要考虑。而PCIe链路通常在一个PCB内部，至多作为机箱到机箱之间的链路，因此RTT的值非常小，F参数几乎可以忽略不计。
（5）BVC
该参数存放源节点到目标节点的有效数据带宽，单位为bps。在一个物理链路上除了要传递有效数据之外，还需要传递Credit报文，因此BVC＜BLINK。
该参数不一定是一个常数，因为在一个实际的系统中，不同时间内的带宽并不一定相等。为了简化模型，使用BVCR参数替代BVC参数，BVCR参数为一个常数。(https://www.chuimin.cn)
本节力求简化流量控制的数学模型，并依此进行量化分析。有关流量控制的量化分析涉及一些相对复杂的数学推导，本章对此不做详细说明。
使用Credit-Based机制时，Buf_Alloc参数可以被分解为三部分，分别由N1、N2和N3组成，Buf_alloc参数与N1～3间的关系如图9-6所示。
图9-6 Buf_Alloc的组成
（1）N1缓冲
该参数用来防止因为线路延时而造成的Overrun，Credit-Based流量控制机制所采用的算法对该参数的解释有略微区别，详见下文。
（2）N2缓冲
N2的值与VC的设置有相关。当Current节点向Downstream节点每转发N2个报文后，将向Upstream节点发送一个Credit报文。Current节点可以将所有VC的N2值设为相同，也可以分别设置。
N2的值越大，Buf_Alloc参数的值也越大，节点发送Credit报文的频率也越低，从而Credit报文占用数据通路带宽的比例越小；N2的值越小，则Buf_Alloc的值也越小，向Up-stream节点发送的Credit报文的频率越高，Credit报文占用数据通路带宽的比例也越大。如果N2的值为10，Current节点每转发10个报文后，才向Downstream发送一个Credit报文，从而整个系统用于传送Credit报文所占用的带宽不会超过10%。
（3）N3缓冲
该参数保证Current节点不会出现Underrun，即出现Downstream节点仍有缓存接收报文，而在Current节点的缓存中没有报文需要发送这种情况。
为此在进行系统设计时，需要合理设置N3的值。使得在理想情况下，只要Upstream节点向Current节点不断地发送报文，且Downstream节点有足够的缓存时，就不会在Current节点中出现Underrun的现象。
当然Downstream节点接收数据报文的速度足够快，而且Current节点未能及时地从Up-stream节点获得报文时，Current节点总会出现Underrun的现象。
假设Downstream节点从Current节点获取报文的速度为BVCR，只要N3=BVCR×RTT/Packet_Size，那么在Downstream节点将N3中的报文取完之前，Current节点总能获得新的报文（其前提是Upstream节点在不断地向Current节点发送数据报文）。
由此可见BVCR与N3的容量有关，BVCR越大，N3也越大。N3的容量可以影响数据通路的有效带宽，在流量控制机制的实现中，如果N3过小，那么Current节点将出现Under-run的现象，从而影响数据通路的有效带宽。根据上述数学模型，H.T.Kuang与Alan Chapman提出了三种流量控制算法，分别为N123、N123+和N23算法。
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