CN111629074B - 一种网关设备的会话排序方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网关会话排序技术领域，公开了一种网关设备的会话排序方法，包括以下步骤：根据用户选择的排序属性，遍历所有会话信息，查找排序属性最大值以及排序属性最小值；根据会话信息的排序属性值、排序属性最大值以及排序属性最小值，对会话信息进行期间划分；定义设定大小的期间数组，统计各期间所包含的会话信息的数量，以期间号作为数组元素的序号，以期间所包含的会话信息的数量作为相应数组元素的值，建立期间数组；获取待排序会话的排序位置范围，结合期间数组筛选出待排序会话的会话列表；记录会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组；根据指针数组对待排序会话进行寻址及排序。本发明具有会话排序效率高的技术效果。

Description

一种网关设备的会话排序方法及装置

技术领域

本发明涉及网关会话排序技术领域，具体涉及一种网关设备的会话排序方法方法、装置以及计算机存储介质。

背景技术

随着网络技术的飞速发展，网关设备处理的会话规模越来越大，而管理员或用户期望能够基于IPv4地址、端口、应用ID等进行排序（升序或降序），并可快速查看。当会话到达千万级别（甚至更大）时，使用常规的排序方法需要至少n*log2n次计算，其中，n为会话数量，因此非常耗时而且还要占用大量的内存。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种网关设备的会话排序方法、装置以及计算机存储介质，解决现有技术中会话排序计算量大、耗时长、内存占用大的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种网关设备的会话排序方法，包括以下步骤：

根据用户选择的排序属性，遍历会话链表中所有会话信息，查找排序属性最大值以及排序属性最小值；

根据会话信息的排序属性值、所述排序属性最大值以及所述排序属性最小值，对会话信息进行期间划分；

定义设定大小的期间数组，统计各期间所包含的会话信息的数量，以期间号作为数组元素的序号，以期间所包含的会话信息的数量作为相应数组元素的值，建立所述期间数组；

获取用户选择的待排序会话的排序位置范围，结合所述期间数组筛选出待排序会话的会话列表；

记录所述会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组；

根据所述指针数组对待排序会话进行寻址并进行会话排序。

本发明还提供一种网关设备的会话排序装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述网关设备的会话排序方法。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述网关设备的会话排序方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明首先基于用户选择的排序属性寻找排序属性最大值以及排序属性最小值，基于排序属性最大值以及排序属性最小值可以对部分会话信息进行期间划分，从而建立设定大小的期间数组，实现按照排序属性的初步排序分类，期间号即排序号。初步排序后，即可根据期间数组对待排序会话进行快速的筛选了，筛选后记录相应的会话指针，即可进行快速的寻址排序。期间的划分精度，即期间数组的大小可以根据内存的剩余容量进行合理设置，在内存不足时，可定义较小的期间数组，从而降低会话排序对内存的占用需求。

附图说明

图1是本发明提供的网关设备的会话排序方法一实施方式的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1提供了网关设备的会话排序方法，包括以下步骤：

S1、根据用户选择的排序属性，遍历会话链表中所有会话信息，查找排序属性最大值以及排序属性最小值；

S2、根据会话信息的排序属性值、所述排序属性最大值以及所述排序属性最小值，对会话信息进行期间划分；

S3、定义设定大小的期间数组，统计各期间所包含的会话信息的数量，以期间号作为数组元素的序号，以期间所包含的会话信息的数量作为相应数组元素的值，建立所述期间数组；

S4、获取用户选择的待排序会话的排序位置范围，结合所述期间数组筛选出待排序会话的会话列表；

S5、记录所述会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组；

S6、根据所述指针数组对待排序会话进行寻址并进行会话排序。

具体的，本实施例中用户选择的排序属性为IPv4源地址，根据IPv4源地址遍历一遍所有的会话信息，找到IPv4源地址的最大值和最小值；定义一个包含10万个整型值元素的期间数组，优选采用程序的栈空间，大约占用390KB，每个数组元素视为一个期间类别；再次遍历一遍所有的会话信息，根据排序属性值，统计各个期间包含的会话个数，实现期间数组的建立；定义一个包含10万个指针类型元素的指针数组，优选采用程序的栈空间，大约占用390KB，根据管理员或用户选择的会话区间的排序位置范围，确定我们需要排序的会话信息在期间数组中的位置；对选择的10万个会话使用开源排序算法进行排序，并输出管理员或用户期望的会话信息。

本发明通过建立期间数组缩小排序范围，快速筛选出需要排序的会话条目，通过少量内存即可快速对海量会话进行排序，从而提高管理员或用户查看会话信息的效率。

由于内存占用少，因此本发明对一些CPU主频较低、内存较小的嵌入式网关极为有效，对于CPU主频较高、内存充足的高端网关设备同样有效。当内存相对充裕时，可以将期间数组以及指针数组的大小适当调大，例如，将本实施例中包含10万个整型值的期间数组改为动态内存分配100万个整型值的期间数组，可以提高排序输出结果的精度。

优选的，所述排序属性为源地址、目标地址、源端口、目标端口、协议类型、匹配策略ID、发送包数、接收包数、总包数、创建时间、存在时间、入接口、出接口中任一种。

用户根据需求选择相应的排序属性，以IPv4源地址为例，计算会话链表中IPv4源地址的最大值和最小值具体为：

定义无符号整型值变量total、min_ip和max_ip，将会话链表中的第一个会话的IPv4源地址转换为无符号整型值vip，即排序属性值，并将其赋值给min_ip和max_ip变量，total的初始值为1。

转换方法如下：

如IPv4源地址为：192.168.1.1，则：

vip 1= 192 << 24 + 168 << 16 + 1 << 8 + 1 = 3232235777 (0xC0A80101)

赋初值：min_ip = max_ip = vip1；

依次轮询会话链表的剩余会话的IPv4源地址，将其转换为无符号整型值vip2，将其与min_ip和max_ip比较，若vip2小于min_ip，则将其赋值给min_ip；若vip2大于max_ip，则将其赋值给max_ip；

每轮询一次，total值加1，最终统计出会话总个数。

用代码表示如下：

if (vip2 < min_ip)

min_ip = vip2

else if (vip2 > max_ip)

max_ip = vip2

其他排序属性转换为排序属性值的转换方式：

1、目的IPv4地址：转换方式与IPv4源地址一样；

2、源端口、目的端口：直接使用端口值（0-65535）作为排序属性值即可；

3、协议类型：直接使用协议类型的枚举值（0-255）作为排序属性值即可；

4、策略ID：ID值的范围与设备的规格有关，一般在1000000以内，可以直接使用其值作为排序属性值即可；

5、发送包数、接收包数、总包数：直接使用包数值（0 - 4294967295）作为排序属性值即可；

6、创建时间、存在时间：例如’2020-06-26 01:00:00’，将其转换为自1970年以来的秒数，以秒数值作为排序属性值即可，可以使用***函数mktime转换。

优选的，根据会话信息的排序属性值、所述排序属性最大值以及所述排序属性最小值，对会话信息进行期间划分，具体为：

根据各所述会话信息的排序属性值，结合所述排序属性最大值以及排序属性最小值，计算各所述会话信息的排序位置值，以所述排序位置值作为期间号。

优选的，根据各所述会话信息的排序属性值，结合所述排序属性最大值以及排序属性最小值，计算各所述会话信息的排序位置值，以所述排序位置值作为期间号，具体为：

会话信息按排序属性值升序排列时的期间号：

seq1 = (vip - min_ip) *total / (max_ip - min_ip + 1)

其中，seq1为升序排列的期间号，vip为会话信息的排序属性值，min_ip为排序属性最小值，max_ip为排序属性最大值，total为会话信息的总数量；

会话信息按排序属性值降序排列时的期间号：

seq 2= total - 1- ((vip - min_ip) *total / (max_ip - min_ip + 1))

其中，seq2为降序排列的期间号。

具体的，本实施例定义的期间数组大小为10万，数组类型为无符号整型值，为期间数组赋初值：unsigned int count[100000] = {0}；

依序遍历会话链表统计各个期间的会话信息的个数，判断会话链表是否达到结尾，是则结束该处理流程，否则计算当前会话信息所在的期间，即为count数组对应的下标，计算方法如下：

IPv4源地址的最大值和最小值分别为min_ip和max_ip，总的会话数为total。对于升序排列的会话信息：seq = (vip - min_ip) *total / (max_ip - min_ip + 1)

对于降序排列的会话信息：seq = total - 1- ((vip - min_ip) *total /(max_ip - min_ip + 1))

计算出会话信息的期间号seq后，将count[seq]加1；

所有会话信息的期间号计算并统计完成后，期间数组即建立完毕。

优选的，获取用户选择的待排序会话的排序位置范围，结合所述期间数组筛选出待排序会话的会话列表，具体为：

根据排序位置范围确定待排序会话的起始排序值以及结束排序值；

根据所述起始排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的起始期间的起始期间号；

根据所述结束排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的结束期间的结束期间号；

根据所述起始排序值以及所述起始期间的会话数量，计算起始期间偏移值；

根据所述排序位置范围以及各期间所包含的会话数量，计算结束期间偏移值；

根据所述起始期间号、起始期间偏移值、结束期间号以及结束期间偏移值筛选出待排序会话的会话列表。

根据管理员或用户选择的排序位置范围，确定我们需要排序的会话信息列表，查看排序后的会话信息列表都是需要软件工具来进行，比如通过浏览器来查看，每次查看的会话信息条目数有限，一般为20-500范围。以每页100条为例，比如管理员选择查看第65页会话信息，实际查看的即为排序属性值排在第6500 ~ 6599位置的会话列表。因此根据用户的查看方式，对用户输入的页数进行简单的计算，即可得到排序位置范围。结合排序位置范围和期间数组，即可得到待排序会话在期间数组中的期间分布范围。

优选的，根据所述起始排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的起始期间的起始期间号，具体为：对所述期间数组中元素进行依次累加，当累加值首次不小于所述起始排序值时，记录相应元素的序号作为所述起始期间号；

根据所述结束排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的结束期间的结束期间号，具体为：对所述期间数组中元素进行依次累加，当累加值首次不小于所述结束排序值时，记录相应元素的序号作为所述结束期间号；

根据所述起始排序值以及所述起始期间的会话数量，计算起始期间偏移值，具体为：

seq_min_offset = (pos_start - sum_before)

其中，seq_min_offset为起始期间偏移值，sum_before为起始期间之前的各期间的会话总数量，pos_start为起始排序值；

根据所述排序位置范围以及各期间所包含的会话数量，计算结束期间偏移值，具体为：

seq_max_fill =sum - (count[seq_min] + ... + count[seq_max-1] - seq_min_offset)

其中，seq_max_fill为结束期间偏移值，sum为待排序会话的总数量，seq_min 为起始期间号，count[seq_min]为起始期间值，seq_max为结束期间号，seq_max-1为结束期间号的前一个期间号，count[seq_max-1] 为结束期间号的前一个期间号的期间值。

具体的，轮询count数组，计算出以下值：1、 参与此次排序的10万个会话所在的count数组下标范围：seq_min ~ seq_max ，即起始期间号和结束期间号（管理员排序的精确排序位置范围为post_start ~ post_end，他们对应在 count[seq_min] ... count[seq_max]这些计数的期间会话中）；2、计算待排序会话的第一个会话（post_start）在起始期间中的偏移位置：seq_min_offset，即起始期间偏移值，比如起始期间包括1000个会话，而我们的统计需要从这1000个之中的第101个开始计入此次排序的会话，那么起始期间偏移值就是101；3、计算待排序会话的最后一个会话（post_end）在结束期间中的偏移位置：seq_max_fill，即结束期间偏移值，比如结束期间包括2000个会话，但是在seq=seq_min ~seq_max-1期间的会话总数已达到99950个，那么seq=seq_max的会话就只能添加50个（100000-99950），即结束期间偏移值为50。

具体细节如下：

seq_min 、seq_max的计算过程：轮询count数组的每一个元素，并进行累加，当累加值大于等于post_start时，seq_min即为当前期间号；当累加值大于等于post_end时，seq_max即为当前期间号。

seq_min_offset的计算过程：轮询count数组并累加其值，记录其值超过pos_start的前一个累加和sum_before和超过pos_start时的累加和sum，若pos_start大于sum_before，seq_min_offset = (pos_start - sum_before)，否则eq_min_offset = 0；

seq_max_fill的计算过程：seq_max_fill = 100000 - (count[seq_min] + ...+ count[seq_max-1] - seq_min_offset)。

优选的，记录所述会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组，具体为：

依序查找期间号等于起始期间号的会话信息，每找到一个，就将起始期间偏移值减一，判断起始期间偏移值是否等于零，如果是，则将当前会话信息的指针赋值到指针数组中，并转下一步，否则继续进行查找；

依次将各会话信息的指针赋值到指针数组，并判断当前会话信息的排序属性值是否大于结束排序值，如果大于，则停止指针数组的赋值，否则，继续进行下一个会话信息的指针的赋值。

具体的，本实施例中定义一个10万大小的指针数组，并赋初值：void *ss[100000]= {0}；

计算会话列表中会话信息所在的期间seq，然后记录所需要排序的10万个会话的指针地址，根据会话所在期间的值选择不同步的处理方法：

1、若seq等于seq_min，每出现一次，seq_min_offset减1，当seq_min_offset等于0时，将该会话指针赋值到ss数组中；

2、若seq大于seq_min且seq小于seq_max，将该会话指针赋值到ss数组中；

3、若seq等于seq_max，若ss数组赋值个数已经到达10万个，则停止赋值，否则将该会话指针赋值到ss数组中。

对ss数组中的会话进行排序；

至此我们将已经需要排序的至多10万个会话全部加入到ss数组中，这10万个会话包含了管理员预期的排序位置在pos ~ pos+100之间的会话信息。因此可以根据ss数组对管理员的排序指令进行快速响应。

本实施例中排序算法使C/C++标准库stdlib中的快速排序算法qsort。从排好序的数组ss中取出对应的100个会话返回给对应的软件即可（如浏览器请求）。对应的100个数组元素为 ss[pos%5000] ~ ss[pos%5000 + 99]。

本发明可以应用到多种业务场景，尤其是内存不充裕的嵌入式网关设备，针对至少10万级别以上的会话条目。

以1000万的会话为例，常规的快速排序资源消耗如下：

计算次数：2.3亿次至少（10000000*log210000000）

内存：38MB至少

使用本发明提供的方法后，资源消耗如下：

计算次数：3000万（10000000*3 + 100000*log2100000）

内存：780KB

从上面的数据可以看出，本发明在排序时间和内存消耗上都得到了极大的改善。

实施例2

本发明的实施例2提供了网关设备的会话排序装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现实施例1提供的网关设备的会话排序方法。

本发明实施例提供的网关设备的会话排序装置，用于实现网关设备的会话排序方法，因此，网关设备的会话排序方法所具备的技术效果，网关设备的会话排序装置同样具备，在此不再赘述。

优选的，所述计算机程序存储于所述存储器的栈空间内。

实施例3

本发明的实施例3提供了计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现实施例1提供的网关设备的会话排序方法。

本发明实施例提供的计算机存储介质，用于实现网关设备的会话排序方法，因此，网关设备的会话排序方法所具备的技术效果，计算机存储介质同样具备，在此不再赘述。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网关设备的会话排序方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据用户选择的排序属性，遍历会话链表中所有会话信息，查找排序属性最大值以及排序属性最小值；

根据会话信息的排序属性值、所述排序属性最大值以及所述排序属性最小值，对会话信息进行期间划分；

定义设定大小的期间数组，所述期间数组的大小根据内存的剩余容量进行设置，在内存不足时，定义较小的期间数组，当内存相对充裕时，将期间数组的大小调大，统计各期间所包含的会话信息的数量，以期间号作为数组元素的序号，以期间所包含的会话信息的数量作为相应数组元素的值，建立所述期间数组；

获取用户选择的待排序会话的排序位置范围，结合所述期间数组筛选出待排序会话的会话列表；

记录所述会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组；

根据所述指针数组对待排序会话进行寻址并进行会话排序。

2.根据权利要求1所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，所述排序属性为源地址、目标地址、源端口、目标端口、协议类型、匹配策略ID、发送包数、接收包数、总包数、创建时间、存在时间、入接口、出接口中任一种。

3.根据权利要求1所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，根据会话信息的排序属性值、所述排序属性最大值以及所述排序属性最小值，对会话信息进行期间划分，具体为：

根据各所述会话信息的排序属性值，结合所述排序属性最大值以及排序属性最小值，计算各所述会话信息的排序位置值，以所述排序位置值作为期间号。

4.根据权利要求3所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，根据各所述会话信息的排序属性值，结合所述排序属性最大值以及排序属性最小值，计算各所述会话信息的排序位置值，以所述排序位置值作为期间号，具体为：

会话信息按排序属性值升序排列时的期间号：

seq1 = (vip - min_ip) *total / (max_ip - min_ip + 1)

其中，seq1为升序排列的期间号，vip为会话信息的排序属性值，min_ip为排序属性最小值，max_ip为排序属性最大值，total为会话信息的总数量；

会话信息按排序属性值降序排列时的期间号：

seq 2= total - 1- ((vip - min_ip) *total / (max_ip - min_ip + 1))

其中，seq2为降序排列的期间号。

5.根据权利要求1所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，获取用户选择的待排序会话的排序位置范围，结合所述期间数组筛选出待排序会话的会话列表，具体为：

根据排序位置范围确定待排序会话的起始排序值以及结束排序值；

根据所述起始排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的起始期间的起始期间号；

根据所述结束排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的结束期间的结束期间号；

根据所述起始排序值以及所述起始期间的会话数量，计算起始期间偏移值；

根据所述排序位置范围以及各期间所包含的会话数量，计算结束期间偏移值；

根据所述起始期间号、起始期间偏移值、结束期间号以及结束期间偏移值筛选出待排序会话的会话列表。

6.根据权利要求5所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，根据所述起始排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的起始期间的起始期间号，具体为：对所述期间数组中元素进行依次累加，当累加值首次不小于所述起始排序值时，记录相应元素的序号作为所述起始期间号；

根据所述结束排序值以及各期间所包含的会话数量，计算待排序会话所在的结束期间的结束期间号，具体为：对所述期间数组中元素进行依次累加，当累加值首次不小于所述结束排序值时，记录相应元素的序号作为所述结束期间号；

根据所述起始排序值以及所述起始期间的会话数量，计算起始期间偏移值，具体为：

seq_min_offset = (pos_start - sum_before)

其中，seq_min_offset为起始期间偏移值，sum_before为起始期间之前的各期间的会话总数量，pos_start为起始排序值；

根据所述排序位置范围以及各期间所包含的会话数量，计算结束期间偏移值，具体为：

seq_max_fill =sum - (count[seq_min] + ... + count[seq_max-1] - seq_min_offset)

其中，seq_max_fill为结束期间偏移值，sum为待排序会话的总数量，seq_min 为起始期间号，count[seq_min]为起始期间值，seq_max为结束期间号，seq_max-1为结束期间号的前一个期间号，count[seq_max-1] 为结束期间号的前一个期间号的期间值。

7.根据权利要求5所述的网关设备的会话排序方法，其特征在于，记录所述会话列表中每一会话信息的会话指针，建立指针数组，具体为：

依序查找期间号等于起始期间号的会话信息，每找到一个，就将起始期间偏移值减一，判断起始期间偏移值是否等于零，如果是，则将当前会话信息的指针赋值到指针数组中，并转下一步，否则继续进行查找；

依次将各会话信息的指针赋值到指针数组，并判断当前会话信息的排序属性值是否大于结束排序值，如果大于，则停止指针数组的赋值，否则，继续进行下一个会话信息的指针的赋值。

8.一种网关设备的会话排序装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的网关设备的会话排序方法。

9.根据权利要求8所述的网关设备的会话排序装置，其特征在于，所述计算机程序存储于所述存储器的栈空间内。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的网关设备的会话排序方法。

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