高速通信系统中并行CRC计算及电路实现

针对高位宽数据情况下的循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Code, CRC)电路计算工作频率较低以及资源占用过多的问题,设计并实现了一种并行CRC计算方法。该方法将CRC计算拆分为数据CRC计算和余数CRC计算两个部分,余数CRC计算由多个余数CRC计算模块级联完成,数据CRC计算模块由固定逻辑表达式实现,对二者计算结果做模二加法即得到CRC计算结果。根据数据长度选择相应的数据CRC计算模块和余数CRC计算模块的组合,以适应高位宽可变数据长度的CRC计算。以100 Gbps远程直接数据存取(Remote Direct Memory Access, RDMA)通信系统中的1 024 bits数据位宽CRC-32的计算为例,在VCU118开发板上实现了该算法的硬件电路。实验结果表明,所提设计仅使用4 760个查找表和2 658个触发器,整个系统带宽最高可达97.85 Gbps,最高工作频率可达326 MHz。与其他相关方法相比,提出的方法具有较高的工作频率且资源占用较少。

面向两段锁并发控制的RDMA优化技术

分布式事务的性能优化是学术界和工业界的研究热点之一。基于两段锁的并发控制技术可以保证并发事务调度的正确性,目前广泛应用于主流的商用和开源分布式数据库中。然而,现有的研究结果表明,基于传统TCP/IP协议以及Share-Nothing架构的分布式事务处理技术,受制于事务调度器的CPU低利用率、事务调度器与存取节点的网络高延迟,分布式事务的性能瓶颈明显。针对上述两个问题,提出基于远程直接数据存取(RDMA)的两段锁(2PL)并发控制优化技术,利用RDMA的高带宽、低延时以及内核旁路(消除了TCP/IP协议栈所带来的CPU开销)特性,提升分布式事务的性能。主要贡献包括基于RDMA的网络通信算子重写与优化,利用RDMA单边施加、释放读写锁时的原子性保障。基于YCSB测试基准的实验结果表明:单边排他锁算法和单边读写锁算法分别在低、高冲突负载下具有相对优越性;引入RDMA的2PL并发控制,在高冲突负载下,NO WAIT和WAIT DIE两种模式最高可分别实现5.3倍和10.6倍的吞吐量提升。