虚拟化环境下的网络IO性能优化

发布时间：2017-10-12 19:46

  本文关键词：虚拟化环境下的网络IO性能优化

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【摘要】：随着云计算的发展和普及，越来越多的服务和应用被部署在云端。宏观来看，云计算技术可以有效地减少企业技术运营成本，简化应用统一部署和调整，，具有高可用性和良好的弹性，并且有着很好的性能表现。作为云计算技术的基础，虚拟化技术整合了计算机的计算能力，存储资源和网络资源，并将其以一个公平合理的方式分配到其承载的每一个虚拟机，为虚拟机提供了一个完整，独立，可靠的运行环境。现在虚拟化技术已经可以提供非常出色的计算性能，甚至可以接近本地计算的性能。不过I/O一直是虚拟化环境下的性能瓶颈，特别是在I/O密集型环境下。导致I/O效率低下的主要原因是数据的冗余拷贝和频繁的虚拟机宿主机运行模式切换(VM Exit)所带来的开销。针对这样的原因，本课题设计并实现了virtsocket，一种新的网络I/O库，它利用了虚拟化环境下的共享内存机制传输数据，达到了非常好的性能表现。它利用一个环形缓存(Ring Buffer)的数据结构来存储I/O请求，并且按照一定的调度算法来传输I/O请求，使得频繁的I/O请求导致的虚拟机宿主机切换开销大幅降低。每个I/O请求队列通过一个超级调用(Hypercall)来传输，并且会在宿主机被捕捉并处理，从而实现了共享内存的数据传递。测试结果也表明，通过virtsocket传输I/O请求的吞吐量比原生的虚拟化环境提高了数百倍的性能，并且延时也得到了显著的减少，甚至相比于一些已有的半虚拟化解决方案，virtsocket也有着明显的性能提高。
【关键词】：虚拟化 网络I/O 共享内存
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-11
• 1.1 背景综述9
• 1.2 研究目的9-10
• 1.3 研究意义10
• 1.4 本文结构10-11
• 第二章 虚拟化概述11-19
• 2.1 虚拟化综述11-13
• 2.1.1 全虚拟化11-12
• 2.1.2 硬件辅助虚拟化12-13
• 2.1.3 半虚拟化13
• 2.2 KVM 虚拟化13-18
• 2.2.1 KVM 虚拟化架构13-14
• 2.2.2 KVM 的优势14
• 2.2.3 KVM 内存虚拟化14-17
• 2.2.4 KVM 网络虚拟化17-18
• 2.3 虚拟化网络 I/O 效率低下的原因18
• 2.4 本章总结18-19
• 第三章 虚拟化 I/O 优化研究背景19-23
• 3.1 VirtIO19-20
• 3.2 Vhost20-21
• 3.3 同宿主机的虚拟机间网络 I/O 优化21-22
• 3.3.1 XenLoop21
• 3.3.2 XenSocket21-22
• 3.3.3 XWay22
• 3.4 本章总结22-23
• 第四章 基于共享内存虚拟化网络优化设计与实现23-37
• 4.1 设计概要23-25
• 4.2 数据结构25
• 4.3 Socket 接口25
• 4.4 超级调用25-27
• 4.5 I/O 请求合并27
• 4.6 共享内存27-28
• 4.7 整体流程28-30
• 4.8 virtsocket 具体实现30-35
• 4.8.1 socket 编程接口31-32
• 4.8.2 超级调用32-34
• 4.8.3 请求合并机制34-35
• 4.8.4 虚拟机内存读写35
• 4.9 与以往研究的对比35-36
• 4.10 本章总结36-37
• 第五章 性能评测37-42
• 5.1 吞吐量测试37-39
• 5.2 请求响应延时测试39-40
• 5.3 本章总结40-42
• 第六章 结束语42-44
• 6.1 主要工作与创新点42-43
• 6.2 后续研究工作43-44
• 参考文献44-47
• 致谢47-48
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文48-50

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李春艳;张学杰;;基于高性能计算的开源云平台性能评估[J];计算机应用;2013年12期

2 李春艳;张学杰;;基于基准测试的高性能计算云研究[J];计算机科学;2013年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘勇鹏;大规模高效能计算的系统软件关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 朱伟武;面向桌面虚拟化Flash重定向环境的代理系统设计与实现[D];浙江大学;2014年

2 宋汉征;彩购网电子商务系统的设计与开发[D];东华大学;2014年

3 沈晓茹;基于虚拟集群在线迁移的虚拟化资源整合算法研究[D];吉林大学;2014年

4 李春艳;小规模高性能虚拟集群关键技术研究[D];云南大学;2014年

5 钟葛亮;虚拟构件中代理服务机制的设计与实现[D];北京交通大学;2014年

6 刘强;基于收益的云环境虚拟机资源动态分配方法研究[D];东北大学;2012年

7 王维栋;云计算中的信息系统生存性量化分析研究[D];中山大学;2013年

本文编号：1020547