本文選題：Xen　切入點：動態(tài)管理MAC地址　出處：《吉林大學》2013年碩士論文

【摘要】：隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機硬件的低成本與高性能的優(yōu)勢逐漸凸顯。利用這一優(yōu)勢，虛擬化技術已經(jīng)逐漸從單機虛擬化技術發(fā)展成適應市場需要的分布式虛擬化技術。分布式虛擬化環(huán)境主要由虛擬集群、虛擬路由、虛擬網(wǎng)絡和虛擬資源管理器等組成，是并行作業(yè)的主要開發(fā)測試環(huán)境。很多大規(guī)模并行作業(yè)正是有效地利用這些低成本的硬件資源，提高其運行效率。同時，分布式虛擬化技術也帶動了未來云計算和網(wǎng)格計算的迅速發(fā)展。因此，以虛擬集群為基礎的虛擬網(wǎng)絡已經(jīng)逐漸成為虛擬化并行計算系統(tǒng)領域的研究熱點。 現(xiàn)今一些主流的虛擬化管理軟件如Xen、KVM等，它們只支持同一子網(wǎng)內虛擬集群的通信，具有一定的局限性�，F(xiàn)有一些研究者圍繞分布在不同子網(wǎng)中的虛擬機間的通信機制展開研究的。但大部分的研究是基于應用程序完成虛擬集群的跨域通信，仍然存在一些不足的地方。其中，虛擬集群的通信速率是最不可以接受的。虛擬機發(fā)出的數(shù)據(jù)由應用程序負責傳輸，這會給虛擬機的通信帶來新的瓶頸，嚴重影響數(shù)據(jù)的傳輸速率，使虛擬集群的通信性能嚴重下降，從而使并行作業(yè)的運行效率顯著降低，特別是通信密集型的作業(yè)。其中內存空間的管理是影響通信性能下降的其中一個因素。虛擬機的通信數(shù)據(jù)存儲在過應用層的空間中，這需要應用程序申請新的內存空間。特別地，虛擬機在遷移過程中存在一小段時間處于停機狀態(tài)。如果在這段時間內存在很多其他虛擬機與其通信，那么需要在應用層存儲大量丟失的數(shù)據(jù)包。除了內存管理，在應用層重新建立通信連接也是導致虛擬集群通信性能下降的另一個重要因素。另外，由于無法在不同子網(wǎng)間傳輸虛擬機發(fā)出的ARP請求數(shù)據(jù)幀，所以現(xiàn)有的工作都是靜態(tài)地將虛擬集群的MAC地址填寫到ARP緩存，以避免虛擬機的通信中斷。 本文通過分析Xen通信機制以及網(wǎng)絡協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)的流程，設計了基于中間層架構的底層通信機制。通過維護關于上層虛擬集群的路由表，可以找到不在同一子網(wǎng)中的目的虛擬機的準確位置。路由表中相關的位置信息有宿主機的IP地址，子網(wǎng)號等。這使得虛擬集群的通信依賴于底層宿主機間的通信�？梢�，中間層將虛擬集群與物理集群緊密地連接在一起。除了為虛擬集群提供網(wǎng)絡層的路由選擇功能，還要對數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址進行動態(tài)獲取和維護。主要包括兩方面。第一，虛擬機啟動時，本文需要動態(tài)獲取其MAC地址，并添加到本地主機以及外部機器的路由表中。這可以避免廣域網(wǎng)環(huán)境下虛擬集群MAC地址的沖突。從而提高底層通信機制的靈活性與健壯性。第二，在廣域網(wǎng)環(huán)境下，虛擬機與不在同一子網(wǎng)中的其他虛擬機通信時，無法將虛擬機發(fā)出的ARP請求傳輸?shù)侥康奶摂M機的網(wǎng)絡中。本文通過采取本地主機偽裝目的虛擬機的方法來對這個請求數(shù)據(jù)幀及時地做出響應，而不需要將數(shù)據(jù)真正地傳播到其他子網(wǎng)中。另外，內核級的在線遷移協(xié)議也是本文的一個創(chuàng)新點。它基于本人實驗室的一個師兄的工作—分布式異步緩存協(xié)議。將這個協(xié)議整合到我們給出的內核級虛擬網(wǎng)絡中，以實現(xiàn)虛擬機在遷移過程中，通信速率不受遷移事件影響。 本文成功開發(fā)出了一套完整的內核級虛擬網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡提高了虛擬集群的通信速率。并在此基礎上，實現(xiàn)了內核級的在線遷移協(xié)議。它保證了丟失數(shù)據(jù)包有序、公平地注入對應的虛擬機中�？梢姡瑑群思壧摂M網(wǎng)絡保證了并行作業(yè)高效率運行。
[Abstract]:With the development of computer technology , the advantages of low cost and high performance of computer hardware are becoming more and more prominent . With this advantage , virtualization technology has gradually evolved from the single - machine virtualization technology to the distributed virtualization technology needed by the market . The distributed virtualization environment is mainly composed of virtual cluster , virtual route , virtual network and virtual resource manager .

Some mainstream virtualization management software , such as Xen , KVM , and so on , only support the communication of virtual clusters in the same subnet .

In this paper , by analyzing the Xen communication mechanism and the process of network protocol stack processing data , an underlying communication mechanism based on the middle layer architecture is designed . By maintaining the routing table about the upper layer virtual cluster , it is possible to find the exact location of the destination virtual machine that is not in the same subnet . In addition to providing the network layer routing function for the virtual cluster , the virtual cluster can not be transmitted to the network of the destination virtual machine .

This paper successfully develops a complete set of kernel - level virtual networks . The network improves the communication rate of the virtual cluster . On the basis of this , the kernel - level online migration protocol is realized . It guarantees the ordered and fair injection of lost packets into the corresponding virtual machines . It can be seen that the kernel - level virtual network guarantees the efficient operation of parallel operations .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP302

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本文編號：1685099