EuroSys'25丨南京大学研究团队提出 PrioPlus,破解数据中心优先级队列受限难题

Enabling Virtual Priority in Data Center Congestion Control

数据中心拥塞控制中虚拟优先级的实现机制

作者：Zhaochen Zhang，Feiyang Xue，Keqiang He，Zhimeng Yin，Gianni Antichi，Jiaqi Gao，Yizhi Wang，Rui Ning，Haixin Nan，Xu Zhang，Peirui Cao，Xiaoliang Wang，Wanchun Dou，Guihai Chen，Chen Tian（南京大学；上海交通大学；香港城市大学；米兰理工大学 & 伦敦玛丽女王大学）

在数据中心网络中，各类具有严格性能要求的流量并行传输，需要通过优先级队列实现有效的隔离与调度。然而，多数交换机仅支持约十个优先级队列。虚拟优先级可在单一物理队列上模拟多优先级队列，从而突破这一限制，但现有方案通常需要复杂的交换机级调度与硬件改造。

图片说明：D2TCP与预期行为对比。

本研究核心思路是：虚拟优先级可通过精细调控物理队列中的带宽竞争实现，而该过程传统上由拥塞控制（CC）算法完成。因此，虚拟优先级机制需与 CC 紧密结合。本研究提出PrioPlus算法，一种可与现有拥塞控制方案集成的增强型算法，能够实现虚拟优先级传输。PrioPlus为不同优先级分配特定时延区间，确保流仅在时延处于指定区间时传输，从而有效满足虚拟优先级需求。

图片说明：不同代际典型交换机芯片的缓存-带宽比。

与采用物理优先级队列的Swift CC相比，PrioPlus可在不显著影响性能的前提下，为高优先级流提供严格优先级保障。同时，其优先级感知设计可在高优先级流量传输完成后，提升CC对可用带宽的充分利用能力，使低优先级流性能提升25%至41%。在协同流与模型训练场景下，相较于采用物理优先级队列的 Swift，PrioPlus 可分别将任务完成时间缩短 21%与 33%。

图片说明：基于现有CC实现虚拟优先级的微型基准测试。

图片说明：不同优先级与流大小下的FCT分解，以Physical*+Swift的FCT为基准进行归一化。