【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，具体涉及一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法。
技术介绍
1、随着互联网的快速普及和发展，ipv4地址转换是计算机网络领域中一个重要的问题，尤其在涉及到网络通信和数据传输的应用中。ipv4地址通常以32位二进制整数表示，而在实际应用中，常需要将这些整数转换为点分十进制字符串，以便更好地理解和处理。点分十进制字符串由四个用点分隔的十进制数表示，每个数表示ipv4地址中的一个字节。
2、在网络应用中，ipv4地址转换通常是一项常见但关键的操作，例如在日志记录、网络监控、安全审计等方面。提高ipv4地址转换的效率和性能对于网络设备、服务器以及其他涉及大规模ipv4地址处理的系统至关重要。
3、网络设备：路由器、交换机等网络设备需要频繁进行ipv4地址的转换，以便更好地理解和管理网络流量。
4、服务器：在服务器端，特别是在日志记录和安全审计方面，需要对大量的ipv4地址进行转换和处理。
5、网络监控系统：在网络监控系统中，对ipv4地址进行实时转换可以帮助监控网络流量和检测异常情况。
6、大数据应用：大规模数据分析和处理中，ipv4地址转换是一个常见但可能成为性能瓶颈的环节。
7、目前针对ipv4四字节整数转化为地址串的方法有不少如以下几种：
8、广泛使用的ipv4整数到地址字符串的转换方法包括标准库函数、预查表等。
9、标准库函数如inet_ntop函数，通常用于将ipv4整数转换成地址字符串。它在操作系统的网络编
10、预计算表(lookuptable)是一种将整数转换为点分十进制字符串的方法，通常用于优化整数到字符串的转换过程。它的基本思想是预先计算并存储ip地址中每个部分可能的取值，然后在转换过程中查找并组合这些取值以获得地址串表示。(1)构建预计算表：首先，构建一个预计算表，将所有可能的点分十进制字符串映射到相应的整数值。ipv4由四个字节构成，每个字节表示为二进制是8位，则每个部分的取值范围为0～28-1即(0-255)，所以需要构建1个256表项的计算表，以覆盖所有可能的取值组合。(2)按字节将整数拆分为四个部分，每个部分对应一个点分十进制的整数。例如，"0x12345678被分割为四个单字节数字：0x12，0x34，0x56，0x78。(3)查找并组合：对于每个单字节数字，通过查找预计算表中的对应字符串，并将这些字符串段合并成一个地址串。使用预计算表的优势在于，在转换过程中执行查找操作，无需频繁地执行字符串解析和位运算。这通常可以提供更快的性能，特别是在需要执行大量转换操作的情况下。
11、尽管以上这些方法均是可以完成转换需求，但在大规模数据转换和高性能应用的特定需求时，仍然存在性能不足的问题。
12、标准库函数如inet_ntop函数，虽然在许多情况下都能很好地工作，但它可能存在性能问题。特别是当处理大量的网络地址时，该函数的性能可能会成为瓶颈。这主要是因为它是一个函数调用，每次调用都会有一些开销，它是一个纯解析函数，没有进行任何形式的优化。此外，函数接口定义无法同时返回转换后字符串的长度，后继处理会带来更多性能开销。
13、传统的查表法构造的表项巨大，与ipv4整数的表示范围一致。优化后的查表法，可将ipv4的四个字节拆分进行查表，表项与单字节表示范围一致，但是鉴于存储空间和性能的要求，需进行四次逐次查表，并需将四次结果进行拼接，且需填充对应的点分隔符号，存在较多内存io开销。其性能相较于标准库函数会更优，但对于大规模数据的场景和一些特定的需求，仍存在性能瓶颈。
14、传统的方案还存在以下不足：
15、逐位处理：传统的方法是逐位处理ipv4地址，即逐个字节地将二进制数转换为十进制数，并在适当的位置插入点。这种方法简单直观，但效率较低，特别是在大规模数据处理时。
16、数据结构优化：一些方法利用特殊的数据结构或方法来优化ipv4地址的转换，例如使用查表的方式。这些方法在某些情况下能够提高效率，但仍然存在一定的性能限制，尤其是在处理大规模数据时。
17、并行处理：针对ipv4地址转换的需求，一些方法利用多线程或并行计算来加速处理过程。然而，这些方法可能需要更多的硬件资源，并不能充分发挥硬件的并行性能。
18、鉴于当前ipv4整数转换成地址串的广泛应用，且当前广泛使用的方法在处理大规模数据和一些特定的需求时存在一些性能瓶颈。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决ipv4整数转换成地址串的效率问题，提供一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，针对ipv4地址串的特点，构建转换索引表和筛选索引向量表，通过转换索引表将ipv4四字节整数按字节转换为特定字符串分段，并格式化成16字节的标准地址串；将该地址串转换得到其模式掩码，并通过掩码索引其选择向量，将标准地址串中的“\0”和最后的“.”去掉后，进行重新的字节排列，生成最终的点分十进制地址串。本专利技术对ipv4地址的四个字节进行并行加速高性能转换，通过构建转换索引表和筛选索引向量表，充分发挥硬件的并行处理能力，从而加速整数到字符串的转换过程，这种并行加速能够显著提高大规模数据转换的效率；本专利技术充分利用simd指令集的优势，减少了存储和计算资源的浪费，提高了空间利用效率。
2、本专利技术提供一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，将ipv4四字节整数(十六进制表示)按字节拆分并扩充到16字节向量，其中ipv4四字节整数的每个字节扩充到四字节的整数向量，将16字节向量按4字节分组并调用simd指令进行多字节并行查表进行十六进制到十进制的转换得到标准16字节字符串向量，标准16字节字符串向量为由“\0”、“.”和数字字符组成的混合字符串；
3、将标准16字节字符串向量和全“0x00”比较生成2字节的地址串模式掩码，标准16字节字符串向量中，“\0”在掩码位上置0，“\0”以外的字符串在掩码位上置1；
4、通过地址串模式掩码查表索引选择向量，按照选择向量调用simd指令将标准16字节字符串向量的地址串重新排列、去除“\0”和最后一个“.”得到目标地址串，目标地址串为点分十进制字符串，一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法完成。
5、本专利技术所述的一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，作为优选方式，将16字节向量进行多字节并行查表得到标准16字节向量的方法为：针对ipv4地址的四字节整数构建转换索引表，转换索引表中包括整数、对应的索引字符串和对应的字符串十六进制表示，整数为0～255的十进制整数，simd指令通过查询转换索引表得到标准16字节向量；
6、构建转换索引表的方法为：将ipv4地址的十六进制整数转换为点分十进制地址串，点分十进制地址本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：将IPv4四字节整数按字节拆分并扩充到16字节向量，其中IPv4四字节整数的每个字节扩充到四字节的整数向量，将所述16字节向量按4字节分组并调用SIMD指令进行多字节并行查表进行十六进制到十进制的转换得到标准16字节字符串向量，所述标准16字节字符串向量为由“\0”、“.”和数字字符组成的混合字符串；
2.根据权利要求1所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：将所述16字节向量进行多字节并行查表得到所述标准16字节向量的方法为：针对IPv4地址的四字节整数构建转换索引表，所述转换索引表中包括整数、对应的索引字符串和对应的字符串十六进制表示，所述整数为0～255的十进制整数，SIMD指令通过查询所述转换索引表得到所述标准16字节向量；
3.根据权利要求2所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述转换索引表的整数为IPv4地址的点分十进制地址串中的一个整数，所述索引字符串中依次包括整数和点，所述索引字符串为四字节，当整数和点不满四字节时，用“\
4.根据权利要求2所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述转换索引表中包括256个表项。
5.根据权利要求1所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述地址串模式掩码的生成方法为：先将所述标准16字节字符串向量和向量v_0比较生成向量vcmp，所述向量v_0为全部为“0x00”的向量，如果所述标准16字节字符串向量中的字节为“0x00”，则在所述向量vcmp中表示为“0x00”，否则为“0xff”；接着将所述向量vcmp转换成16bits掩码，如果所述向量vcmp中的字节为“0xff”则掩码中对应位上置1，否则置0，得到所述地址串模式掩码。
6.根据权利要求1所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：根据所述标准16字节向量的字符分布构造筛选索引向量表，SIMD指令通过查询所述筛选索引向量表将所述标准16字节向量的地址串重新排列、去除“\0”和最后一个“.”。
7.根据权利要求6所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述筛选索引向量表中包括掩码、对应的筛选索引向量和对应的字符串长度，所述筛选索引向量的长度为16个字节，所述筛选索引向量舍去所述地址串模式掩码中的“\0”和最后一个“.”，所述筛选索引向量可确定所述目标地址串的串长度。
8.根据权利要求7所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述筛选索引向量的最后一位为“-1”，所述筛选索引向量中首次出现-1的位置偏移就是所述目标地址串的串长度。
9.根据权利要求1所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：所述筛选索引向量表中包括65536个表项。
10.根据权利要求1所述的一种基于SIMD指令加速的IPv4地址转换方法，其特征在于：使用SIMD指令集中shuffle指令进行所述标准16字节字符串向量的地址串重新排列。
...【技术特征摘要】
1.一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，其特征在于：将ipv4四字节整数按字节拆分并扩充到16字节向量，其中ipv4四字节整数的每个字节扩充到四字节的整数向量，将所述16字节向量按4字节分组并调用simd指令进行多字节并行查表进行十六进制到十进制的转换得到标准16字节字符串向量，所述标准16字节字符串向量为由“\0”、“.”和数字字符组成的混合字符串；
2.根据权利要求1所述的一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，其特征在于：将所述16字节向量进行多字节并行查表得到所述标准16字节向量的方法为：针对ipv4地址的四字节整数构建转换索引表，所述转换索引表中包括整数、对应的索引字符串和对应的字符串十六进制表示，所述整数为0～255的十进制整数，simd指令通过查询所述转换索引表得到所述标准16字节向量；
3.根据权利要求2所述的一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，其特征在于：所述转换索引表的整数为ipv4地址的点分十进制地址串中的一个整数，所述索引字符串中依次包括整数和点，所述索引字符串为四字节，当整数和点不满四字节时，用“\0”填充，所述字符串十六进制表示为所述索引字符串的ascⅱ码16进制表示，所述标准16字节字符串向量为四个所述字符串十六进制表示按计算机存储规律合并后的向量。
4.根据权利要求2所述的一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，其特征在于：所述转换索引表中包括256个表项。
5.根据权利要求1所述的一种基于simd指令加速的ipv4地址转换方法，其特征在于：所述地址串模式掩码的生成方法为：先将所述标准16字节字符串向量...
【专利技术属性】
技术研发人员：林飞，唐威，朱江，易永波，古元，毛华阳，华仲峰，
申请(专利权)人：北京亚鸿世纪科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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