基于啟發(fā)式中斷頻率控制策略的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化優(yōu)化.pdf

1、當(dāng)今的云計(jì)算中心往往通過(guò)虛擬化技術(shù)在一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行多臺(tái)虛擬機(jī)以達(dá)到充分利用昂貴的硬件資源的效果。而且，隨著分布式計(jì)算、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)的發(fā)展，在云計(jì)算中心中虛擬機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載正變得越來(lái)越繁重。在這一背景下，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)逐漸成為制約云計(jì)算中心提升整體效能的關(guān)鍵瓶頸所在。
　　虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案一般分為軟件模擬的方案與硬件輔助實(shí)現(xiàn)的方案兩種。一般而言，通過(guò)硬件輔助實(shí)現(xiàn)的虛擬化方案會(huì)比通過(guò)軟件模擬的虛擬化方案為虛擬機(jī)帶來(lái)

2、更好的性能并為物理服務(wù)器帶來(lái)更低的系統(tǒng)資源消耗。這是因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)硬件輔助實(shí)現(xiàn)的虛擬化方案中，虛擬機(jī)能繞過(guò)一些在軟件模擬實(shí)現(xiàn)的虛擬化方案中不可避免的與虛擬機(jī)監(jiān)控器交互的過(guò)程，從而直接與物理服務(wù)器上支持輔助虛擬化功能的硬件實(shí)現(xiàn)交互。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化領(lǐng)域，單根虛擬化技術(shù)（Single Root I/O Virtualization，簡(jiǎn)寫為SRIOV技術(shù)）就是這樣一種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)I/O虛擬化性能大幅提升的硬件輔助實(shí)現(xiàn)的虛擬化技術(shù)。SRIOV技術(shù)由直接I/

3、O技術(shù)（Direct I/O）發(fā)展而來(lái)。通過(guò)配置，單個(gè)支持SRIOV功能的網(wǎng)絡(luò)適配器能產(chǎn)生一定數(shù)量的虛擬功能（Virtual Function）。這些虛擬功能可以作為虛擬網(wǎng)絡(luò)適配器分配給物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)使用。虛擬功能共享物理網(wǎng)絡(luò)適配器中的硬件資源，也有自己專屬的獨(dú)立PCIe配置空間。
　　然而當(dāng)前基于SRIOV技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化仍然存在一些有待改進(jìn)的問(wèn)題。在云計(jì)算中心的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，多虛擬機(jī)與高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的環(huán)境為物理服務(wù)器上網(wǎng)絡(luò)適配

4、器的中斷頻率控制帶來(lái)了挑戰(zhàn)。目前支持SRIOV功能的網(wǎng)絡(luò)適配器往往通過(guò)簡(jiǎn)單、靜態(tài)地設(shè)置中斷頻率上限的方式來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)適配器上的中斷頻率。然而，我們的實(shí)驗(yàn)表明這種中斷頻率控制方案在多虛擬機(jī)與高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的環(huán)境下并不能很好地消除中斷過(guò)載現(xiàn)象的發(fā)生。過(guò)載的中斷不僅浪費(fèi)了大量的計(jì)算資源，而且導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐率的下降，極大地制約了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的性能。
　　針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們首先通過(guò)探索實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)建模下的理論推導(dǎo)對(duì)多虛擬機(jī)與高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)虛擬化

5、性能的特點(diǎn)與變化規(guī)律進(jìn)行了一定的研究，并得出了一些有益的結(jié)論。然后，在這些結(jié)論的啟發(fā)下，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于啟發(fā)式策略的中斷頻率控制框架，并設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了5種基于不同原理的啟發(fā)式中斷頻率控制策略。我們用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了我們的中斷頻率控制機(jī)制的優(yōu)化效果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在多虛擬機(jī)與高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的環(huán)境下，我們?cè)O(shè)計(jì)的這一套中斷頻率控制機(jī)制相比支持 SRIOV功能的網(wǎng)絡(luò)適配器中原版的中斷頻率控制方案，能實(shí)現(xiàn)最高63.67%的網(wǎng)絡(luò)吞吐率提升和最多44.11