本文關(guān)鍵詞：高性能網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下動(dòng)態(tài)中斷頻率協(xié)同控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 高性能網(wǎng)絡(luò) 虛擬化 網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化 SR-IOV NAPI 中斷頻率控制

【摘要】：當(dāng)前數(shù)據(jù)中心對(duì)于高數(shù)據(jù)吞吐量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的需求推動(dòng)了高性能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)之一的虛擬化技術(shù)也正受到網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的影響。如何提高虛擬機(jī)在高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的I/O性能一直是虛擬化平臺(tái)的一大挑戰(zhàn)。單根I/O虛擬化(SR-IOV)標(biāo)準(zhǔn)是PCI-SIG組織制定的硬件輔助I/O設(shè)備虛擬化解決方案,因其在高性能網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的適用性而得以推廣。SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)采用I/O設(shè)備直接分配的方式,消除了虛擬機(jī)監(jiān)視器復(fù)制數(shù)據(jù)包所帶來(lái)的性能開銷,實(shí)現(xiàn)了接近物理機(jī)的I/O性能。然而,在高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大量數(shù)據(jù)包所導(dǎo)致的中斷處理開銷成為了虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)I/O性能的瓶頸,即使采用NAPI等中斷控制技術(shù)仍然不足以緩解大量中斷所帶來(lái)的壓力。本文首先研究了采用SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)的10G以太網(wǎng)卡通過(guò)NAPI與中斷抑制進(jìn)行中斷頻率協(xié)同控制的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)證明,網(wǎng)卡原有控制方案在高負(fù)載情況下無(wú)法達(dá)到最佳性能,其主要原因在于設(shè)置了固定的中斷頻率而無(wú)法適應(yīng)多樣化應(yīng)用場(chǎng)景的不同負(fù)載。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了負(fù)載自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)中斷頻率協(xié)同控制優(yōu)化方案,保證系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的同時(shí)最大化系統(tǒng)的吞吐率。優(yōu)化方案在高負(fù)載情況下根據(jù)系統(tǒng)CPU資源使用情況動(dòng)態(tài)調(diào)整中斷頻率,使系統(tǒng)吞吐率最大化。本文基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐率的數(shù)學(xué)模型分析,在系統(tǒng)中斷不足和中斷冗余時(shí)采用不同的中斷頻率控制方式,確保系統(tǒng)在不同負(fù)載并發(fā)度下都能有效利用CPU資源,達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。除此之外,優(yōu)化方案還設(shè)計(jì)了自適應(yīng)的算法切換機(jī)制。該機(jī)制根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載選擇不同控制算法,在低負(fù)載情況下采用原有控制方案的控制模式,使系統(tǒng)能達(dá)到最快的響應(yīng)速度。本文實(shí)現(xiàn)了基于該優(yōu)化方案的控制系統(tǒng),并進(jìn)行了全面的測(cè)試評(píng)估。測(cè)試結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)中斷頻率協(xié)同控制優(yōu)化方案可以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景,在充分利用CPU資源和保證系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時(shí)最多可提升15%的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。
【關(guān)鍵詞】：高性能網(wǎng)絡(luò) 虛擬化 網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化 SR-IOV NAPI 中斷頻率控制
【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
【分類號(hào)】：TP302;TP308
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 高性能網(wǎng)絡(luò)11-12
• 1.2 系統(tǒng)虛擬化的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)12-18
• 1.2.1 系統(tǒng)虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)13-15
• 1.2.2 系統(tǒng)虛擬化實(shí)現(xiàn)方式與相關(guān)技術(shù)15-18
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排18-21
• 1.3.1 本文的研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.3.2 本文的結(jié)構(gòu)安排19-21
• 第二章 網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化及中斷處理21-33
• 2.1 網(wǎng)絡(luò)I/O設(shè)備虛擬化解決方案21-25
• 2.1.1 完全虛擬化方案21-22
• 2.1.2 類虛擬化方案22-23
• 2.1.3 硬件輔助虛擬化技術(shù)23-24
• 2.1.4 SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)24-25
• 2.2 x86系統(tǒng)的中斷處理25-29
• 2.2.1 物理機(jī)環(huán)境下中斷處理25-27
• 2.2.2 虛擬化環(huán)境下中斷處理27-28
• 2.2.3 Linux內(nèi)核NAPI接28-29
• 2.3 相關(guān)研究工作29-31
• 2.3.1 I/O虛擬化優(yōu)化工作30
• 2.3.2 x86系統(tǒng)中斷處理優(yōu)化30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 中斷頻率協(xié)同控制的優(yōu)化33-43
• 3.1 中斷頻率協(xié)同控制技術(shù)33-34
• 3.2 網(wǎng)卡性能測(cè)試與分析34-37
• 3.3 中斷頻率協(xié)同控制量化分析37-40
• 3.4 動(dòng)態(tài)中斷頻率協(xié)同控制的優(yōu)化40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 動(dòng)態(tài)中斷頻率協(xié)同控制優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法43-51
• 4.1 協(xié)同控制系統(tǒng)總體流程43
• 4.2 負(fù)載統(tǒng)計(jì)與算法選擇模塊43-46
• 4.3 低負(fù)載控制模塊46
• 4.4 高負(fù)載控制模塊46-48
• 4.5 中斷頻率設(shè)置模塊48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 第五章 實(shí)驗(yàn)與分析51-61
• 5.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境51-52
• 5.2 測(cè)試工具與測(cè)試方案52-53
• 5.3 Netperf測(cè)試結(jié)果與分析53-57
• 5.4 Memaslap測(cè)試結(jié)果分析57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 第六章 全文總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 后續(xù)研究工作61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文68-70

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