虛擬機網絡性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著虛擬化技術的日趨成熟以及CPU計算能力的增長,虛擬機計算系統(tǒng)可以同時為越來越多的客戶虛擬機應用提供服務,因此,用戶對虛擬機網絡性能提出更高的要求。為了滿足應用對于網絡性能的需求,需要深入地研究虛擬機網絡性能優(yōu)化方法。虛擬機網絡性能優(yōu)化的研究首先通過多層次、多粒度網絡性能組合測試方法對虛擬計算系統(tǒng)的網絡性能進行測試和分析,提出當前虛擬機網絡性能的影響包含兩方面:虛擬計算系統(tǒng)的網絡傳輸性能;其次是虛擬機網絡性能隔離度。針對這兩方面內容,

2、虛擬機網絡性能優(yōu)化的研究采用基于多網卡的虛擬計算系統(tǒng)網絡性能優(yōu)化方法提高虛擬計算系統(tǒng)的網絡傳輸性能;采用基于分離驅動的虛擬機網絡性能隔離方法增強虛擬機網絡性能隔離度;采用多虛擬機網絡性能協(xié)同優(yōu)化方法保證多虛擬機環(huán)境下應用的服務性能。
　　虛擬計算系統(tǒng)網絡性能測試及分析是虛擬計算系統(tǒng)網絡性能優(yōu)化的前提及關鍵步驟。多層次、多粒度網絡性能組合測試方法能完整地描述虛擬計算系統(tǒng)網絡性能并有效地協(xié)助分析虛擬計算系統(tǒng)網絡性能瓶頸。該測試方法通過

3、協(xié)同使用標準測試程序組合測試和Trace方法,獲得在不同層次下,不同粒度的網絡性能測試結果,從而完整地描述虛擬計算系統(tǒng)的網絡性能。通過拓展測試程序集合,該方法還可應用于整個虛擬計算系統(tǒng)的性能測試。根據(jù)該測試方法,設計和實現(xiàn)了一個能靈活配置測試策略和自動部署測試的測試系統(tǒng)。其中,數(shù)據(jù)傳輸引擎Xenrelay優(yōu)化了域間Trace數(shù)據(jù)傳輸性能,彌補當前虛擬計算系統(tǒng)Trace方法的不足。最后,利用該測試方法,對虛擬計算系統(tǒng)的網絡性能進行了測試和

4、分析,測試結果表明:虛擬機網絡性能受到虛擬計算系統(tǒng)網絡傳輸性能和虛擬機網絡性能隔離度的影響。
　　針對虛擬計算系統(tǒng)的網絡傳輸性能低下的問題,基于多網卡的虛擬計算系統(tǒng)網絡性能優(yōu)化方法利用多網卡并行傳輸數(shù)據(jù)有效提升虛擬機網絡性能。首先,該多網卡優(yōu)化方法通過排隊網絡建立虛擬計算系統(tǒng)網絡性能分析模型,討論了優(yōu)化虛擬計算系統(tǒng)網絡性能的理論方法。然后,根據(jù)模型的理論分析,多網卡優(yōu)化方法一方面通過擴展ARP鄰居代理,建立虛擬機IP地址與物理網卡

5、MAC地址之間一對多的關系,使得虛擬機可以通過多網卡并行傳輸數(shù)據(jù);另一方面,采用發(fā)送和接收負載平衡算法控制多網卡上數(shù)據(jù)的傳輸,從而提高虛擬計算系統(tǒng)的網絡帶寬。
　　另外,針對虛擬機的網絡性能隔離度差的問題,提出了基于分離驅動的虛擬機網絡性能隔離方法。該方法首先通過抽象Xen的I/O虛擬化方式,提出分離驅動模型。然后在此基礎上,采用兩層資源控制方式保證系統(tǒng)的工作保持性(work-conserving)和公平性,從而實現(xiàn)虛擬計算系統(tǒng)的

6、細粒度I/O性能隔離。該方法在虛擬機層次利用令牌桶實現(xiàn)I/O資源分配,并采用公共令牌桶管理剩余資源,以及通過系統(tǒng)的負載預測虛擬機資源使用情況分配令牌。在虛擬機監(jiān)控層,該方法使用公平調度算法保證虛擬機間資源I/O分配的公平性。此外,為了有效控制剩余帶寬再分配,該方法提出一種基于補償機制的分配策略。實驗表明該方法能夠有效地保證虛擬機間的網絡性能隔離。
　　越來越多高性能計算機用戶采用虛擬計算系統(tǒng)搭建分布式環(huán)境,使得虛擬化環(huán)境下的計算任

7、務由單機應用向多虛擬機協(xié)同參與轉變,但網絡性能的干擾影響了分布式應用性能。多虛擬機網絡性能協(xié)同優(yōu)化方法針對這一情況,提高多臺虛擬機網絡QoS,保證應用的性能。在該方法中,發(fā)送端根據(jù)接收端反饋的網絡資源分配的歷史數(shù)據(jù),預測接收節(jié)點資源分配情況,并以此為依據(jù)結合發(fā)送端的資源使用情況,有效地控制數(shù)據(jù)的發(fā)送,從而保證了分布式環(huán)境下虛擬機網絡QoS。
　　總之,在通過多層次、多粒度網絡性能組合測試方法對虛擬機網絡性能進行測試的基礎上,以優(yōu)化