非常有意思的Flowlet

周五了解到一个叫做Flowlet的东西，比较有意思。大体上说来，它是由一个问题而引出的一个解决方案，由于理解还不够深入，所以也暂时只能这么说。

  我先从问题说起。

ISP的动态负载均衡

由于公共骨干网上流量的不确定性，每一条链路的负载不尽相同，为了保证总带宽的最佳利用率，ISP往往会做一些动态负载均衡的策略。如下图所示：

• 时刻1：
  

• 时刻2：
  

packet负载均衡和flow负载均衡

到底是按照packet做负载均衡呢还是按照一个五元组flow来做负载均衡呢？这是一个问题，很多人在做负载均衡的时候都会面临这个选择问题。

  具体来讲，如果一条flow是强序的，那么基于packet的负载均衡将会导致乱序，这是设备在做负载均衡时要避免的，比如TCP就不能基于packet来做负载均衡，而对于UDP这种协议便可以。

  目前从主机到中间设备，几乎所有的从板卡，网卡队列，到CPU中断，到hash算法，均有机制保证TCP的强序性。

TCP的问题

正是由于TCP是强序的，所以TCP便无法基于packet做负载均衡，也就意味着，只要一条TCP流已经发起了，它就几乎不能再改变底层链路了，至少是最好不要改变底层链路，因为一旦底层链路改变，TCP将增加面临乱序的概率。

幸亏TCP是burst发送

前面我的描述其实隐含了一个假设，即TCP flow的packet是平滑发送的：

然而实际上，不管是实际抓包(你可以观测抓包的tcptrace图)还是从具体实现(你可以看30年内任何TCP实现的源码，比如cubic，vegas…)上看，你会发现TCP packet的发送其实是burst的：

哈哈，可乘之机！看到两批次burst之间的时间间隙没有，在这种间隙足够大的时候切换下层链路是一个好的时机。这意味着旧链路上的packet均已经离开了链路或者至少将要离开链路，这个时候切换链路将不会造成乱序，不会破坏TCP的强序要求。

  嗯，这就是Flowlet。

---

Flowlet

一般而言，英文中的“-let”后缀代表“微小”的意思，比如booklet，houselet，以及Java applet…一个Flowlet代表的就是一条小流。如下图所示：

在宏观的观感上，可以把一条flow看成是多个flowlet组成的，负载均衡现在就是基于flowlet来进行了，好吧，又引入了一个中间层，它既不是packet，也不是flow，而是大于packet小于flow的flowlet，哈哈，很有意思！

  那么到底如何定量的去切分flowlet呢？这里给出一个公式：

已知两条链路的延迟分别为D1,D2，设一个数α，当α满足下面的条件：$已知两条链路的延迟分别为D_1,D_2，设一个数\alpha ，当\alpha 满足下面的条件：$
α>|D1−D2|$\alpha >|D_1-D_2|$
一条flow便可以通过α来切割为不同的flowlet$一条flow便可以通过\alpha 来切割为不同的flowlet$

α$\alpha$建议50ms$50ms$应该不错了。

BBR之后一切将不再

我个人觉得flowlet的理念非常Q，perfect，通过一个新的层次解决了强序flow的负载均衡问题。然而它借用了一个TCP实现上的问题或者说是bug，即burst机制。所谓借着坏事干好事。

  在TCP的AIMD模型下，pacing发送几乎是不可能的，因为pacing的计算会破坏AIMD的盲决策，最终的控制模型将会畸变。然而近期Google的研究证明简单的AIMD用于TCP传输其实是错误的，而引入了一中新的BBR pacing传输模型，这个BBR一下子把TCP拥塞控制算法引入了2.0时代！

  我想表达什么？

  在BBR pacing模型下，我们假设BBR已经完美升级到了它应该成为的样子，解决了一系列的失速，误判等问题，届时TCP packet的发送将会是下面的样子：

你可能再也捕捉不到那个flowlet中的α$\alpha$了，因为pacing rate的精确计算机制不会允许α$\alpha$那么久的空窗期存在！

  但BBR最终至多只是终结了flowlet在TCP上的具体实现，它无法终结flowlet的理念。拥塞控制和负载均衡是两个不同的领域，虽然有所关联但却井水不犯河水，拥塞控制说的是，当发现拥塞，要怎么做，负载均衡说的是，它可以帮忙分担拥塞。

Linux RFS中的影子

上周写的那篇：
合并N个有序链表与FQ公平调度：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/80234049
我找到了一道面试题或者说作业题在Linux中的影子，在我第一次听闻flowlet的昨天，我想Linux RPS/RFS也有该理念的实现，具体看下面这段代码：

/*
 * If the desired CPU (where last recvmsg was done) is
 * different from current CPU (one in the rx-queue flow
 * table entry), switch if one of the following holds:
 * ...
 *   - The current CPU's queue tail has advanced beyond the
 *     last packet that was enqueued using this table entry.
 *     This guarantees that all previous packets for the flow
 *     have been dequeued, thus preserving in order delivery.
 */
if (unlikely(tcpu != next_cpu) &&
    (...
     ((int)(per_cpu(softnet_data, tcpu).input_queue_head -
      rflow->last_qtail)) >= 0)) {
    tcpu = next_cpu;
    rflow = set_rps_cpu(dev, skb, rflow, next_cpu);
}

后记

非常感激总是有人帮助我让我重新思考技术的本质！今天周六一觉睡到8点半，所以这篇文章到了10点多才分享出来，迟来了，但总比没有好。

  对flowlet理解不深，不到一日而已，如果有需要讨论的，或者说发现我的说法有错误的，希望能及时指出，我会及时回复。

  上午积累了很多的家务事，申请了延后执行，这快到中午了，估计也干不完了，疯子大人和小小马上也就回来了，等待接受批评，但能总结出这篇文章，也算欣慰了。