
【计】 descriptor queue
【计】 descriptor
alignment
【计】 Q; queue; queueing
在计算机系统设计与操作系统领域,"描述符队列"(Descriptor Queue)是一种关键的数据结构实现机制。该术语对应英文"descriptor queue",其核心功能在于实现硬件设备与系统内存之间的高效数据传输控制,主要应用于以下场景:
定义与架构 描述符队列由一组内存描述符(descriptor)按先进先出(FIFO)原则排列构成,每个描述符包含DMA传输所需的源地址、目标地址、数据长度等元数据。这种结构常见于现代网络接口卡(NIC)和存储控制器设计中,如Intel的I/O加速技术(IOAT)。
硬件交互机制 通过环形缓冲区(ring buffer)实现,包含头指针(head)和尾指针(tail)两个寄存器。当设备完成一个描述符对应的数据传输后,会自动更新尾指针,驱动通过更新头指针提交新请求。这种设计避免了传统中断方式带来的性能损耗。
零拷贝优化 在Linux网络栈中,NAPI(New API)机制利用描述符队列实现数据包的直接内存访问(DMA),将网卡接收的数据直接映射到内核缓冲区,减少内存复制次数。Windows的NDIS 6.0规范也采用了类似机制。
错误处理特性 高级实现包含完成队列(completion queue)和错误状态寄存器,如PCI Express设备中的完成符包含传输状态码,系统可通过读取MSI-X中断向量定位故障描述符。
该机制在RDMA(远程直接内存访问)协议中发展出工作队列(Work Queue)概念,包含发送队列(SQ)和接收队列(RQ),通过队列对(QP)结构实现端到端通信,相关规范详见InfiniBand架构标准文档。
“描述符队列”是计算机科学中结合“描述符”与“队列”概念的一种数据结构或管理机制。以下是详细解释:
队列的定义
队列是一种遵循先进先出(FIFO)原则的线性数据结构,元素从队尾插入(入队),从队头删除(出队)。这种特性使其适用于需要按顺序处理的场景,如任务调度、消息传递等。
描述符的含义
描述符(Descriptor)通常指标识或描述资源的元数据。例如:
描述符队列即通过队列结构管理多个描述符,常见于以下场景:
epoll
或select
系统调用时,内核将活跃的套接字描述符加入队列,供应用程序顺序处理。操作 | 描述 | 时间复杂度(平均) |
---|---|---|
入队 | 添加描述符到队尾 | O(1) |
出队 | 从队头移除并返回描述符 | O(1) |
查看队头 | 获取队头描述符但不移除 | O(1) |
如需进一步了解具体编程实现(如Java的Queue
接口或Python的queue
模块),可参考来源中的技术文档。
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