公有云中高性能网络系统研究

发布时间：2021-07-18 09:01

　　近年来,云计算作为一个新的技术趋势己经得到了迅速的发展。云计算已经彻底改变了一个前所未有的工作方式,也改变了传统软件工程企业。同时,伴随着大数据,人工智能,物联网等大规模的分布式业务在云数据中心的部署,网络系统的压力越来越大。因此,提升网络系统的性能成为云计算中亟待解决的问题。本论文针对公有云对高性能网络平台的迫切需求,从优化已有网络平台的虚拟化后端、设计和实现基于RDMA的高性能公有云网络平台、提供高性能的网络协议栈三个方面展开研究。论文的主要工作和创新点如下:1.零拷贝的虚拟包I/O系统:针对虚拟化引入的额外开销,导致后端的CPU消耗增加的问题,我们提出了零拷贝虚拟包I/O系统。该方案在半虚拟化网络I/O中采用页面重映射的方法消除了数据拷贝,并结合使用一系列的优化技术降低了页面重映射引入的开销。使得单核的I/O速度得到了2-4倍的提升,节省了CPU资源,进一步为服务商节省了成本。2.公有云中可靠的网络传输平台:针对公有云中越来越高的网络需求,我们基于RDMA为虚拟机构建了高性能的网络传输平台。提出基于连接虚拟化的RDMA半虚拟化方案,解决RDMA硬件虚拟化方案难以满足网络隔离、性能... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１＿１云计算架构??

要对客户软件做任何修改，但纯粹用软件模拟的开销非常大。半虚拟化需要使用??一个专用的半虚拟化设备，由运行在客户机中的前端驱动（Ｆｒｏｎｔｅｎｄ?Ｄｒｉｖｅｒ）和??运行在宿主机上的后端驱动（Ｂａｃｋｅｎｄ?Ｄｒｉｖｅｒ）组成，如图１．３所示。前端驱动将??Ｇｕｅｓｔ?ＯＳ的Ｉ／Ｏ请求发送给后端，后端驱动在处理完之后再通知前端。由于不??需要宿主机上专门的软件模拟实现Ｉ／Ｏ请求，半虚拟化的性能要优于全虚拟化，??５??

？性能隔离：公有云需要限制租户的最大带宽（ＱｏＳ功能［１３］）。??？流量统计：公有云需要统计租户的流量，计费。??图１．４展示了云计算中虚拟网络架构。另外还需要提供很多的服务，如负债??均衡，网络地址转换，在线迁移，管理控制，诊断等等。可以看出，云计算中的??虚拟网络比传统的网络功能更加复杂，需要考虑的规则更多，并且大部分需求在??软件内实现。所以网络栈的性能要比非虚拟化情形下差。由于需求众多，并且需??求易变化，因此基于硬件的虚拟化方案因缺乏灵活性难以满足这些需求。故公有??云采用半虚拟化Ｉ／Ｏ的方案将这些需求以软件的形式实现在了?Ｈｏｓｔ内。??６??


本文编号：3289266