數(shù)據(jù)中心是支持當(dāng)今世界各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施,面臨硬件和應(yīng)用兩方面的挑戰(zhàn)。硬件方面,通用處理器的性能提升逐漸放緩;應(yīng)用方面,大數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)對算力的需求與日俱增。不同于容易并行的Web服務(wù),大數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)需要各計算節(jié)點間更多的通信,這推動了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能的快速提高,也對共享數(shù)據(jù)存儲的性能提出了更高的要求。然而,數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)和存儲基礎(chǔ)設(shè)施主要使用通用處理器上的軟件處理,其性能落后于快速增長的網(wǎng)絡(luò)、存儲、定制化計算硬件性能,日益成為系統(tǒng)的瓶頸。與此同時,在云化的數(shù)據(jù)中心中,靈活性也是一項重要需求。為了同時提供高性能和靈活性,近年來,可編程網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)中心被廣泛部署,利用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等定制化硬件加速虛擬網(wǎng)絡(luò)。本文旨在探索基于可編程網(wǎng)卡的高性能數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。可編程網(wǎng)卡在加速虛擬網(wǎng)絡(luò)之外,還可以加速網(wǎng)絡(luò)功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等。為此,本文用FPGA可編程網(wǎng)卡實現(xiàn)云計算數(shù)據(jù)中心計算、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存存儲節(jié)點的全棧加速。首先,本文提出用可編程網(wǎng)卡加速云計算中的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能,設(shè)計和實現(xiàn)了首個在商用服務(wù)器中用FPGA加速的高靈活性、高性能網(wǎng)絡(luò)功能處理平臺ClickNP。為了簡化FPGA... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：208 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１＿２鍵值存儲系統(tǒng)的架構(gòu)

本文旨在探索基于可編程網(wǎng)卡的高性能數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。本文提出一個基于??ＦＰＧＡ可編程網(wǎng)卡，對云計算數(shù)據(jù)中心計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲節(jié)點實現(xiàn)全棧加速的系??統(tǒng)。如圖１．３所示，通過把計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲節(jié)點上的普通網(wǎng)卡替換為可編程網(wǎng)??卡，本文在計算節(jié)點上實現(xiàn)了虛擬網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛擬本地存儲和云存儲，以??及輕量級用戶態(tài)運行庫和硬件傳輸協(xié)議相結(jié)合的通信原語，替代了圖１．１中的軟??件虛擬化服務(wù)和操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。本文還基于數(shù)據(jù)面與控制面分離的思想，??實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能和存儲節(jié)點的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理，用可編程網(wǎng)??卡提高數(shù)據(jù)面性能，并保留原有軟件控制面的靈活性。??計算節(jié)點?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點??虛擬機監(jiān)視器（Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ）?齡調(diào)—????????—洛功能｜－絡(luò)功能??戯ｍｉ?趣機２?麵帕??丨客戶艦｜丨客戶朗１?｜客戶應(yīng)｜?ＷＫｍｗｍ????Ｉ?１?１?＼?１?＼?存儲節(jié)點??４—鱺．．．．．．．ＩＴ＾Ｉ??ＨＵＭ?■控制面??艦本賴?ｍ????－?？－???＾Ｂｎｉｒ?Ｓｉｓ中心網(wǎng)絡(luò)??圖１．３基于可編程網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)總體架構(gòu)。??首先，本文提出用可編程網(wǎng)卡加速云計算中的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。提出了首個??在商用服務(wù)器中用ＦＰＧＡ加速的高靈活性、高性能網(wǎng)絡(luò)功能處理平臺ＣｌｉｃｋＮＰ。??眾所周知，ＦＰＧＡ編程對軟件工程師很不友好。為了簡化ＦＰＧＡ編程，設(shè)計了類??Ｃ的ＣｌｉｃｋＮＰ語言和模塊化的編程模型

計算和存儲的解耦不僅大大提高了服務(wù)可用性和數(shù)虛擬化軟件升級和虛擬機熱遷移。??與其他公司共享硬件資源，ＩＴ企業(yè)使用云計算進行虛擬化還用硬件基礎(chǔ)設(shè)施，為公司內(nèi)不同類型的服務(wù)提供不同的服務(wù)應(yīng)用戶請求的Ｗｅｂ前端服務(wù)器、在線事務(wù)處理（ＯＬＴＰ）數(shù)據(jù)庫理（ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ）等通常需要較低的延遲；離線數(shù)據(jù)處理（ＯＬＡ布式機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練等需要訪問海量數(shù)據(jù)，進行大量計算，需要延遲和高吞吐量某種程度上是互相矛盾的？，因此需要將計源切片（ｓｌｉｃｉｎｇ），為不同需求的應(yīng)用提供不同的服務(wù)質(zhì)量保ｅ，ＱｏＳ）?〇??１．１節(jié)介紹過的，云數(shù)據(jù)中心的客戶虛擬機位于計算節(jié)點，而務(wù)運行于解耦的存儲和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上。此外，還需要管理節(jié)點進圖２．２所示，數(shù)據(jù)中心通常由計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲、管理等節(jié)點連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。??Ｉｎｔｅｒｎｅｔ?‘??


本文編號：3105062