高性能網(wǎng)絡虛擬化技術研究.pdf

1、近年來，迅猛發(fā)展的計算機硬件技術和相對滯后的軟件計算模式，使虛擬化技術成為近來研究熱點之一。經(jīng)過多年發(fā)展，CPU與內存虛擬化技術日趨成熟，I/O虛擬化雖然快速發(fā)展但卻相對滯后，嚴重影響了虛擬機整體性能。如何改進I/O虛擬化技術，提高I/O設備虛擬化性能及其利用率，一直是當前虛擬化技術研究重點之一。當今國際上有三種主流的I/O虛擬化技術，分別是完全模擬模型，半虛擬化模型和直通模型，這些I/O虛擬化技術在不同程度上實現(xiàn)了I/O設備虛擬化功能

2、，并通過硬件級支持不斷提高 I/O設備虛擬化的性能，但在性能方面仍然存在一定差距。
　　本文在深入研究當今主流的I/O虛擬化技術現(xiàn)狀的基礎上，針對這些挑戰(zhàn)提出了一系列系統(tǒng)的解決方案。本文提供一套更全面更高效的I/O虛擬化方案。具體研究工作如下：
　　1.從CPU開銷入手，將網(wǎng)卡硬件中的中斷延遲技術引入網(wǎng)絡虛擬化中，在保證網(wǎng)絡吞吐量不降低的同時，大大降低CPU開銷。提出了一種可以根據(jù)網(wǎng)絡繁忙程度自動調整、可在模式之間自動切換的

3、I/O虛擬化機制，并在Xen虛擬機中實現(xiàn)了這一機制。這種機制在單個虛擬機情況下，CPU開銷下降8％；在九個虛擬機情況下，CPU開銷下降50%，而網(wǎng)絡吞吐量完全沒有下降。在此機制基礎上抽象出雙層網(wǎng)絡結構——物理層與虛擬層，利用雙層網(wǎng)絡結構的中斷延遲數(shù)值，實施了進一步優(yōu)化。
　　2.針對SR-IOV在可擴展性和依賴特殊硬件支持這兩方面的不足，提出了一種通用的基于SR-IOV的I/O虛擬化架構并在多種虛擬機上實現(xiàn)。在該 I/O虛擬化架構

4、中，SR-IOV設備驅動具有很高的移植性，它的實現(xiàn)與底層的VMM無關，并提出了三種優(yōu)化方法來減少虛擬化開銷，設計了大量試驗來評測該架構的性能，結果表明該架構能夠達到物理線路數(shù)據(jù)傳輸速率(9.48Gbps)，在同時運行60虛擬機時，每個虛擬機只需增加額外的1.76%CPU開銷，并保證吞吐量沒有降低，我們認為該虛擬化架構從吞吐量、可擴展性和較低CPU開銷各個方面都優(yōu)于I/O半虛擬化。
　　3.在網(wǎng)絡環(huán)境下為瘦客戶端設計了一種分布式動態(tài)