(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111664018.8 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨 浦区邯郸路2 20号 (72)发明人 洪嘉晖　张凯　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 代理人 丁云 (51)Int.Cl. G06F 9/48(2006.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 9/54(2006.01) G06F 9/455(2006.01) G06T 1/20(2006.01) (54)发明名称 一种基于图形处理器加速优化的网络功能 虚拟化系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于图形处理器加速优化 的网络功能虚拟化系统， 该系统包括： GPU共享缓 冲区： 开辟于GPU显存中； 网络功能服务链： 多个 虚拟网络功能模块组成所述的网络功能服务链， 各个虚拟网络功能模块的运行方式采用如下三 种方式中的一种： 方式一、 使用CP U运行， 方式二、 使用GPU运行， 方式三、 使用GP U并配合GPU共享缓 冲区运行； 该系统设计多 流水的GPU调度模式； 当 网络功能服务链为异构网络功能服务链时， 所述 的异构网络功能服务链运行时基于异构服务链 同步机制进行数据包同步。 与现有技术相比， 本 发明减少了各VNF间内存拷贝的数据量， 最大程 度利用硬件资源， 实现异构VNF之间的数据同步。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 114371920 A 2022.04.19 CN 114371920 A 1.一种基于图形处 理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 该系统包括： GPU共享缓冲区： 开辟于GPU显存中； 网络功能服务链： 多个虚拟网络功能模块组成所述的网络功能服务链， 各个虚拟网络 功能模块的运行方式采用如下三种方式中的一种： 方式一、 使用CPU运行， 方式二、 使用GPU 运行， 方式三、 使用GPU并配合GPU共享缓冲区运行； 该系统设计多流水的GPU调度模式； 当网络功能服务链中至少包括2种不同运行方式的虚拟网络功能模块时， 所述的网络 功能服务链称作异构网络功能服务链， 所述的异构网络功能服务链运行时基于异构服务链 同步机制进行 数据包同步。 2.根据权利要求1所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 所述的系统采用多进程多线程混合编程模型， 每个虚拟网络功能模块和网络功 能 虚拟化系统本身作为单独进程， 两者之间通过无锁队列和共享内存交互， 每个虚拟网络功 能模块采用多 线程编程模式。 3.根据权利要求2所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 每 个虚拟网络功能模块包括两类线程： CPU阶段处 理线程： 负责包括数据包的接收、 转发、 预处 理以及后处 理工作； GPU阶段处 理线程： 负责包括向GPU调用执 行进程发送具体的GPU操作请求。 4.根据权利要求3所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 所述的CPU阶段处理线程和GPU阶段处理线程采用三缓冲区交替处理的方式， 所述 的三缓冲区包括CPU阶段处理线程执行 处理的预 处理缓冲区和 后处理缓冲区， 以及GPU阶段 处理线程执 行处理的GPU处 理缓冲区。 5.根据权利要求1所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 所述的异构服 务链同步机制具体为： 设置独立于网络功能虚拟化系统 的运行计划生成器， 所述的运行计划生成器基于网络 功能服务链的配置确定每个虚拟网络功能模块的运行方式以及具体的运行方案， 所述的运 行方案包括读写数据域， 同步数据域， GPU共享缓冲区使用标志， 虚拟网络功能算法输入输 出方式， 虚拟网络功能模块基于各自的运行方案得到满足当前运行方案的GPU核函数， 当异 构网络功能服务链中的虚拟网络功能模块依次运行时， 通过执行GPU核函数进 行GPU共享缓 冲区和CPU内存中的数据包的同步。 6.根据权利要求5所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 该系统的运行 方法为： 数据包收发模块接收外部设备的数据包， GPU拷贝线程模块将数据包拷贝至GPU共享缓 冲区和CPU内存； 各个虚拟网络功能模块基于确定的运行方式以及具体的运行方案运行， 在运行过程 中， 基于异构服 务链同步机制进行 数据包同步， 直至最后一个虚拟网络功能模块完成运行； 将处理后的数据包通过 数据包收发模块发送出去。 7.根据权利要求1所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 当网络功能服 务链中的虚拟网络功能模块均工作于方式三时， 具体运行 方法为： 数据包收发模块接收外部设备的数据包， GPU拷贝线程模块将数据包拷贝至GPU共享缓权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114371920 A 2冲区并确定数据包指针 GPU拷贝线程模块将数据包指针信 息发送至网络功能服务链上的首个虚拟网络功能模 块； 虚拟网络功能模块将数据包指针信息和 GPU调用请求发送给GPU调度器执行GPU操作， 网络功能服 务链上的虚拟网络功能模块依次进行 数据包处 理并传递数据包指针信息； 网络功能服务链的GPU调用请求完成后， GPU拷贝线程模块将GPU共享缓冲区处理后的 数据包拷贝至数据包收发模块并发送出去。 8.根据权利要求7所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， GPU拷贝线程模块每次接收固定个数的数据包作为批， 在数据包拷贝到GPU共享缓 冲区前， 会根据当前批数据包的平均大小， 将一组批构成块， 以块为单位将数据包拷贝进 GPU共享缓冲区中， 同时记录下每 个数据包在GPU共享缓冲区中的数据包指针信息 。 9.根据权利要求8所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 每 个虚拟网络功能模块以一个批的大小作为处 理数据的最小单位。 10.根据权利要求7所述的一种基于图形处理器加速优化的网络功能虚拟化系统， 其特 征在于， 当数据包经过网络功能服务链处理后， 数据包转发模块接 收到最后一个虚拟网络 功能模块传递的数据包批的指针信息后， 等待该数据包批所属 块的所有批都被接 收到后， 再通过GPU拷贝 线程模块将数据包块 一起从GPU共享缓冲区中拷贝至拟网络功能模块。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114371920 A 3