發(fā)布時(shí)間：2017-06-20 21:11

  本文關(guān)鍵詞：基于DPDK的高性能負(fù)載均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,云計(jì)算技術(shù)的使用日益廣泛,公有云更是成為了很多小型企業(yè)部署業(yè)務(wù)的首選平臺(tái)。由于云計(jì)算具有用戶基數(shù)大,租戶數(shù)量多以及高流量等特點(diǎn),傳統(tǒng)的負(fù)載均衡系統(tǒng)已經(jīng)很難適應(yīng)云計(jì)算環(huán)境下的使用。針對(duì)這一問題,本文立足于云計(jì)算對(duì)負(fù)載均衡的需求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套x86平臺(tái)下適用于云計(jì)算環(huán)境的負(fù)載均衡系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的負(fù)載均衡系統(tǒng),本系統(tǒng)具有高性能、可配置性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、易部署等特點(diǎn)。文章首先討論了云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展給負(fù)載均衡技術(shù)帶來的挑戰(zhàn),然后對(duì)比分析了現(xiàn)有的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)以及快速包處理框架。其次,簡(jiǎn)要介紹了x86平臺(tái)下負(fù)載均衡系統(tǒng)開發(fā)所涉及到的相關(guān)技術(shù)。接下來又對(duì)Intel提出的快速包處理框架DPDK進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,覆蓋了其核心模塊中對(duì)負(fù)載均衡系統(tǒng)較為重要的部分。最后,基于DPDK平臺(tái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了本負(fù)載均衡系統(tǒng),系統(tǒng)整體劃分為管理平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面三大部分,并力求做到平面分離。管理平面的主要職責(zé)是向用戶提供系統(tǒng)生命周期管理、負(fù)載均衡規(guī)則配置等功能,它向用戶暴露了管理系統(tǒng)所需的全部接口�？刂破矫尕�(fù)責(zé)感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化,具有對(duì)環(huán)境中所有真實(shí)服務(wù)器進(jìn)行健康檢查以及對(duì)負(fù)載均衡規(guī)則進(jìn)行維護(hù)的能力。同時(shí),控制平面還負(fù)責(zé)與轉(zhuǎn)發(fā)平面通信,把負(fù)載均衡規(guī)則的變化及健康檢查結(jié)果及時(shí)下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)平面。轉(zhuǎn)發(fā)平面作為系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)對(duì)流經(jīng)其的流量進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理,轉(zhuǎn)發(fā)流程包括真實(shí)服務(wù)器調(diào)度、NAT轉(zhuǎn)換、連接保持、分片重組等。為了提高性能,轉(zhuǎn)發(fā)平面通過DPDK框架繞過了Linux系統(tǒng)的內(nèi)核協(xié)議棧,使用輪詢的方式從網(wǎng)卡收包,通過流水線對(duì)包進(jìn)行處理,最后直接送往網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)。此外,為了提高處理能力,轉(zhuǎn)發(fā)平面關(guān)鍵流程均使用無鎖算法。測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)能將網(wǎng)絡(luò)流量合理地分配給后端真實(shí)服務(wù)器,同時(shí)具有易部署、可配置性強(qiáng)、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn),適合作為云計(jì)算環(huán)境下的負(fù)載均衡系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：負(fù)載均衡 云計(jì)算 DPDK 管理平面 控制平面 轉(zhuǎn)發(fā)平面
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP368.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-12
• 縮略語對(duì)照表12-17
• 第一章 緒論17-21
• 1.1 研究背景及意義17-18
• 1.2 相關(guān)工作及研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1 負(fù)載均衡領(lǐng)域18-19
• 1.2.2 快速包處理19-20
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)20-21
• 第二章 相關(guān)技術(shù)21-27
• 2.1 NAT21-22
• 2.2 NUMA22
• 2.3 HugePage22
• 2.4 綁核22
• 2.5 負(fù)載均衡調(diào)度算法22-25
• 2.5.1 輪詢23
• 2.5.2 源地址Hash23
• 2.5.3 最小連接法23-24
• 2.5.4 一致性Hash24-25
• 2.5.5 動(dòng)態(tài)自適應(yīng)負(fù)載均衡25
• 2.6 健康檢查25-26
• 2.6.1 三層健康檢查25
• 2.6.2 四層健康檢查25-26
• 2.6.3 應(yīng)用層健康檢查26
• 2.7 本章小結(jié)26-27
• 第三章 DPDK27-39
• 3.1 DPDK概述27-28
• 3.2 EAL28-29
• 3.3 DPDK核心組件29-36
• 3.3.1 內(nèi)存分配30
• 3.3.2 Ring隊(duì)列30-32
• 3.3.3 內(nèi)存對(duì)象池32-33
• 3.3.4 包緩沖33-35
• 3.3.5 定時(shí)器35
• 3.3.6 PMD35
• 3.3.7 哈希表35
• 3.3.8 KNI35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-39
• 第四章 需求分析與概要設(shè)計(jì)39-57
• 4.1 功能性需求分析39-41
• 4.1.2 管理平面需求分析39-40
• 4.1.3 控制平面需求分析40
• 4.1.4 轉(zhuǎn)發(fā)平面需求分析40-41
• 4.2 非功能性需求分析41-42
• 4.2.1 高性能41
• 4.2.2 高可用41-42
• 4.2.3 可伸縮性42
• 4.2.4 可擴(kuò)展性42
• 4.2.5 控制轉(zhuǎn)發(fā)平面分離42
• 4.3 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42-44
• 4.4 管理平面44-47
• 4.4.1 程序生命周期管理45
• 4.4.2 EAL配置45-46
• 4.4.3 負(fù)載均衡規(guī)則配置46-47
• 4.4.4 其他配置47
• 4.4.5 監(jiān)控47
• 4.4.6 日志47
• 4.5 控制平面47-50
• 4.5.1 管理接口48
• 4.5.2 控制模塊48-49
• 4.5.3 節(jié)點(diǎn)健康檢查49
• 4.5.4 負(fù)載均衡規(guī)則維護(hù)49
• 4.5.5 虛網(wǎng)卡49-50
• 4.6 轉(zhuǎn)發(fā)平面50-55
• 4.6.1 I/O處理52-53
• 4.6.2 轉(zhuǎn)發(fā)處理53-54
• 4.6.3 負(fù)載均衡算法54
• 4.6.4 負(fù)載均衡規(guī)則54
• 4.6.5 IP虛擬分片重組54-55
• 4.6.6 連接追蹤55
• 4.6.7 與控制平面的通信55
• 4.7 本章小結(jié)55-57
• 第五章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)57-75
• 5.1 管理平面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)57-61
• 5.1.1 系統(tǒng)啟動(dòng)57-59
• 5.1.2 請(qǐng)求接收及配置下發(fā)59-61
• 5.2 控制平面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)61-65
• 5.2.1 節(jié)點(diǎn)健康檢查61-64
• 5.2.2 負(fù)載均衡規(guī)則維護(hù)64-65
• 5.3 轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)65-74
• 5.3.1 I/O處理66-68
• 5.3.2 轉(zhuǎn)發(fā)處理與連接追蹤68-71
• 5.3.3 IP虛擬分片重組71-72
• 5.3.4 轉(zhuǎn)發(fā)平面控制消息處理72-74
• 5.3.5 KNI線程的處理74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 系統(tǒng)測(cè)試75-85
• 6.1 測(cè)試環(huán)境搭建75-78
• 6.1.1 系統(tǒng)環(huán)境75
• 6.1.2 DPDK環(huán)境配置75-77
• 6.1.3 線程部署77-78
• 6.1.4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境部署78
• 6.2 系統(tǒng)測(cè)試78-83
• 6.2.1 功能性測(cè)試78-82
• 6.2.2 性能測(cè)試82-83
• 6.3 本章小結(jié)83-85
• 第七章 總結(jié)及展望85-87
• 7.1 總結(jié)85
• 7.2 后續(xù)工作85-87
• 參考文獻(xiàn)87-89
• 致謝89-91
• 作者簡(jiǎn)介91-92

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本文編號(hào)：466882