本文關(guān)鍵詞：虛擬化架構(gòu)下基于SR-IOV的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配的研究

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【摘要】：虛擬化已經(jīng)成為了云計(jì)算的主流技術(shù)，它可以在一臺(tái)物理機(jī)器上模擬出多個(gè)服務(wù)器，共享一個(gè)物理機(jī)的硬件資源，提高服務(wù)器的利用率。近年來(lái)，針對(duì)CPU和內(nèi)存如何在各虛擬機(jī)之間公平有效地共享機(jī)制已經(jīng)日趨成熟，而針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源在各虛擬機(jī)之間的分配機(jī)制卻相對(duì)滯后。不像CPU和內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)物理鏈路帶寬的分配需要根據(jù)虛擬機(jī)的用戶(hù)付費(fèi)情況在各虛擬機(jī)之間按比例分配,同時(shí)，很多用戶(hù)需要虛擬機(jī)提供可靠的網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案。然而由于虛擬機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)帶寬不僅跟網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的接收方有關(guān)，它還受到發(fā)送端發(fā)送速率的影響。這已經(jīng)成為了網(wǎng)絡(luò)帶寬在虛擬機(jī)中分配需要解決的一大難點(diǎn)。 目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心是按固定流量費(fèi)率收費(fèi)，網(wǎng)絡(luò)物理帶寬在各虛擬機(jī)之中按需分配，客戶(hù)根據(jù)虛擬機(jī)使用流量付費(fèi)。而很多客戶(hù)為應(yīng)付高峰期的突發(fā)流量事件，需要虛擬機(jī)能夠保證一定的帶寬，并能從中受益。本文在深入研究和分析SR-IOV網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收流程的基礎(chǔ)上，提出了一種在各虛擬機(jī)之間按比例分配帶寬從而保證各虛擬機(jī)帶寬的機(jī)制。本文的主要貢獻(xiàn)如下： （1）本文提出了對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的三種不同要求，高效地利用網(wǎng)絡(luò)物理鏈路帶寬、保證各個(gè)虛擬機(jī)最小的帶寬需求以及確保各虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬的隔離性。同時(shí)本文分析了現(xiàn)有云計(jì)算平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的缺陷。按固定費(fèi)率收費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化模型不能保證虛擬機(jī)最小的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 （2）在傳統(tǒng)的I/O虛擬化過(guò)程中，由于每次虛擬機(jī)對(duì)物理資源等一些敏感資源的訪(fǎng)問(wèn)都必須要求宿主機(jī)介入，對(duì)虛擬機(jī)的訪(fǎng)問(wèn)做合法性的驗(yàn)證，這使宿主機(jī)和虛擬機(jī)頻繁進(jìn)行切換，給虛擬化I/O訪(fǎng)問(wèn)增加了很大的開(kāi)銷(xiāo)。而SR-IOV網(wǎng)絡(luò)硬件虛擬化通過(guò)對(duì)單個(gè)I/O設(shè)備虛擬出多個(gè)VF，分配給虛擬機(jī)，，利用VT-d技術(shù)減少了不必要的數(shù)據(jù)拷貝和上下文切換，從而提高了I/O的性能。因此，本文針對(duì)基于SR-IOV網(wǎng)絡(luò)硬件虛擬化的KVM平臺(tái)做研究。在本文研究中，我們搭建了KVM虛擬化平臺(tái)，并創(chuàng)建了多個(gè)基于SR-IOV網(wǎng)絡(luò)虛擬化的虛擬機(jī)。 （3）本文分析了SR-IOV網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收機(jī)制-NAPI的主要流程，包括網(wǎng)絡(luò)中斷和輪詢(xún)接收緩沖區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包兩個(gè)過(guò)程。并根據(jù)NAPI提出了控制帶寬的策略-控制每個(gè)VF對(duì)應(yīng)的最大中斷頻率和采用令牌桶算法來(lái)對(duì)每個(gè)虛擬機(jī)帶寬進(jìn)行整形，來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)虛擬機(jī)按比例分配帶寬的機(jī)制。 （4）本人在虛擬化平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了該網(wǎng)絡(luò)帶寬分配的機(jī)制，并通過(guò)在各虛擬機(jī)中運(yùn)行netperf等開(kāi)源的benchmark，測(cè)量各個(gè)虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩種算法在不引入大的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)VM的帶寬分別作了粗粒度和細(xì)粒度的分配。
【關(guān)鍵詞】：SR-IOV 虛擬化 云計(jì)算 KVM 帶寬分配
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP302
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介11-13
• 1.1.1 虛擬化技術(shù)基本概念11
• 1.1.2 虛擬化技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 虛擬化技術(shù)的研究意義12-13
• 1.2 虛擬化技術(shù)的分類(lèi)13-16
• 1.2.1 硬件抽象層上的虛擬化13-14
• 1.2.2 指令層上的虛擬化14-15
• 1.2.3 操作系統(tǒng)層上的虛擬化15
• 1.2.4 庫(kù)函數(shù)層上的虛擬化15
• 1.2.5 編程語(yǔ)言層上的虛擬化15-16
• 1.3 系統(tǒng)虛擬化技術(shù)16-19
• 1.3.1 虛擬機(jī)監(jiān)控器16-17
• 1.3.2 系統(tǒng)虛擬化技術(shù)的三個(gè)組成部分17-19
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排19-22
• 1.4.1 結(jié)構(gòu)安排21-22
• 1.5 本章小結(jié)22-23
• 第二章 I/O 虛擬化技術(shù)23-35
• 2.1 I/O 虛擬化解決方案23-28
• 2.1.1 基于前后端模型的網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案23-25
• 2.1.2 硬件直接 I/O 虛擬化解決方案25
• 2.1.3 SR-IOV 硬件輔助虛擬化解決方案25-28
• 2.2 I/O 虛擬化技術(shù)的現(xiàn)有缺陷和三個(gè)基本要求28-29
• 2.3 I/O 虛擬化技術(shù)的主要工作29-33
• 2.3.1 I/O 虛擬化技術(shù)的研究29-31
• 2.3.2 針對(duì) I/O 虛擬化下帶寬分配的研究31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 NAPI 下虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響因素35-45
• 3.1 NAPI35-36
• 3.2 NAPI 在虛擬化環(huán)境下的性能分析36-39
• 3.2.1 NAPI 在虛擬化架構(gòu)下失效36-37
• 3.2.2 中斷頻率對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的雙重影響37-39
• 3.3 SR-IOV 平臺(tái)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬影響因素分析39-43
• 3.3.1 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬模型39-41
• 3.3.2 ITR 對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響分析41
• 3.3.3 CPU 周期對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響分析41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬控制機(jī)制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45-57
• 4.1 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬分配器的總體設(shè)計(jì)45
• 4.2 PF and VF 的信箱機(jī)制45-49
• 4.2.1 PF 和 VF 信箱機(jī)制硬件結(jié)構(gòu)46-47
• 4.2.2 信箱通信機(jī)制的主要工作流程47-48
• 4.2.3 Mailbox 通信機(jī)制的實(shí)現(xiàn)48-49
• 4.3 ITR 控制虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬算法49-50
• 4.4 TBF 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬控制算法50-55
• 4.4.1 TBF 算法設(shè)計(jì)50-52
• 4.4.2 TBF 算法實(shí)現(xiàn)52-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第五章 實(shí)驗(yàn)分析57-67
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配置57-59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)59-60
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-66
• 5.3.1 原始虛擬化環(huán)境下虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分析60
• 5.3.2 引入 ITR 機(jī)制之后虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分析60-62
• 5.3.3 引入 TBF 機(jī)制之后虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分析62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 致謝74-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄75-77

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 葛敬國(guó);賀鵬;楊建華;張建華;;通用平臺(tái)虛擬路由器轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試與改進(jìn)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

2 李文嬋;彭志平;;基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的虛擬機(jī)資源自動(dòng)配置[J];電子設(shè)計(jì)工程;2014年05期

3 張龍;;一種高效的虛擬機(jī)磁盤(pán)快照系統(tǒng)[J];電腦編程技巧與維護(hù);2015年10期

4 葛敬軍;胡長(zhǎng)軍;劉歆;李揚(yáng);劉振宇;;領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)云資源聚合模型[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2013年09期

5 孟凡超;張海洲;初佃輝;;基于蟻群優(yōu)化算法的云計(jì)算資源負(fù)載均衡研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年S2期

6 Claudia Canali;Riccardo Lancellotti;;Improving Scalability of Cloud Monitoring Through PCA-Based Clustering of Virtual Machines[J];Journal of Computer Science & Technology;2014年01期

7 李南;封衛(wèi)兵;張武;彭俊杰;;一種基于SR-IOV擴(kuò)展的VF分配模型[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2013年11期

8 張?jiān)㈣?張小芳;;x86服務(wù)器虛擬化平臺(tái)性能測(cè)試[J];計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化;2014年02期

9 崔忠偉;左羽;韋萍萍;熊偉程;楊昌順;;貴州數(shù)字圖書(shū)館聯(lián)盟云服務(wù)平臺(tái)建設(shè)策略研究[J];計(jì)算機(jī)時(shí)代;2014年03期

10 馬永紅;高潔;;基于嵌入式馬爾可夫鏈的網(wǎng)絡(luò)防火墻性能建模與分析[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2014年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 周宇光;陳振義;盛中華;;探索云計(jì)算技術(shù)在企業(yè)信息化建設(shè)中的應(yīng)用[A];第十六屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分7綠色設(shè)計(jì)與制造信息技術(shù)創(chuàng)新論壇論文集[C];2014年

2 姚艷;曹健;李明祿;;A Network-aware Virtual Machine Allocation in Cloud Datacenter[A];第十一屆全國(guó)博士生學(xué)術(shù)年會(huì)——信息技術(shù)與安全專(zhuān)題論文集[C];2013年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李健;云計(jì)算環(huán)境下最小化運(yùn)營(yíng)開(kāi)銷(xiāo)的調(diào)度技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

2 張帆;認(rèn)知可重構(gòu)的高效能Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2013年

3 馮振乾;云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬隔離技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 吳和生;云計(jì)算環(huán)境中多核多進(jìn)程負(fù)載均衡技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];南京大學(xué);2013年

5 曹文治;虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2013年

6 樊沛;虛擬計(jì)算環(huán)境中面向通信特征的應(yīng)用部署優(yōu)化技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

7 王曉麗;云環(huán)境下節(jié)能優(yōu)化模型及算法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

8 曹志波;基于日志的任務(wù)建模及調(diào)度優(yōu)化的研究[D];華南理工大學(xué);2014年

9 何亨;對(duì)等云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)的安全控制機(jī)制研究[D];華中科技大學(xué);2013年

10 劉曉東;虛擬計(jì)算環(huán)境下性能可預(yù)測(cè)編程模型及其支撐技術(shù)研究[D];上海大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張斌;Linux平臺(tái)下高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)捕獲的研究與應(yīng)用[D];華北電力大學(xué);2013年

2 俞俊杰;基于虛擬化技術(shù)的區(qū)域衛(wèi)生信息共享平臺(tái)的研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

3 李憲英;面向BIRIS-Cloud的資源管理框架的研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 張海洲;基于利用率和負(fù)載均衡的云資源調(diào)度算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 馮剛;面向云計(jì)算平臺(tái)的虛擬機(jī)故障注入工具研究與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 李洋;云計(jì)算中可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

7 程容斌;數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)帶寬控制技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

8 陳嘉霞;云計(jì)算理念下電子商務(wù)虛擬企業(yè)物流平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2013年

9 張毅;基于OpenStack的虛擬桌面云系統(tǒng)服務(wù)端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2013年

10 王宋君;基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中南大學(xué);2013年

本文編號(hào)：1037592