虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著虛擬化技術(shù)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(yīng)用提供服務(wù),因此,用戶對虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能提出更高的要求。為了滿足應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)性能的需求,需要深入地研究虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法。虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的研究首先通過多層次、多粒度網(wǎng)絡(luò)性能組合測試方法對虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能進行測試和分析,提出當(dāng)前虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能的影響包含兩方面:虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能;其次是虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能隔離度。針對這兩方面內(nèi)容,

2、虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的研究采用基于多網(wǎng)卡的虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法提高虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能;采用基于分離驅(qū)動的虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能隔離方法增強虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能隔離度;采用多虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能協(xié)同優(yōu)化方法保證多虛擬機環(huán)境下應(yīng)用的服務(wù)性能。
　　虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能測試及分析是虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的前提及關(guān)鍵步驟。多層次、多粒度網(wǎng)絡(luò)性能組合測試方法能完整地描述虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能并有效地協(xié)助分析虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)性能測試結(jié)果,從而完整地描述虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能。通過拓展測試程序集合,該方法還可應(yīng)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(shè)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(dāng)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(wǎng)絡(luò)性能進行了測試和

4、分析,測試結(jié)果表明:虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能受到虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能隔離度的影響。
　　針對虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能低下的問題,基于多網(wǎng)卡的虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法利用多網(wǎng)卡并行傳輸數(shù)據(jù)有效提升虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能。首先,該多網(wǎng)卡優(yōu)化方法通過排隊網(wǎng)絡(luò)建立虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能分析模型,討論了優(yōu)化虛擬計算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的理論方法。然后,根據(jù)模型的理論分析,多網(wǎng)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(wǎng)卡

5、MAC地址之間一對多的關(guān)系,使得虛擬機可以通過多網(wǎng)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(wǎng)卡上數(shù)據(jù)的傳輸,從而提高虛擬計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
　　另外,針對虛擬機的網(wǎng)絡(luò)性能隔離度差的問題,提出了基于分離驅(qū)動的虛擬機網(wǎng)絡(luò)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(qū)動模型。然后在此基礎(chǔ)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(yù)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(diào)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(wǎng)絡(luò)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(wù)由單機應(yīng)用向多虛擬機協(xié)同參與轉(zhuǎn)變,但網(wǎng)絡(luò)性能的干擾影響了分布式應(yīng)用性能。多虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能協(xié)同優(yōu)化方法針對這一情況,提高多臺虛擬機網(wǎng)絡(luò)QoS,保證應(yīng)用的性能。在該方法中,發(fā)送端根據(jù)接收端反饋的網(wǎng)絡(luò)資源分配的歷史數(shù)據(jù),預(yù)測接收節(jié)點資源分配情況,并以此為依據(jù)結(jié)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(wǎng)絡(luò)QoS。
　　總之,在通過多層次、多粒度網(wǎng)絡(luò)性能組合測試方法對虛擬機網(wǎng)絡(luò)性能進行測試的基礎(chǔ)上,以優(yōu)化