高效能微服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)前數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為用電量增長(zhǎng)最快的行業(yè)，龐大的數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模已經(jīng)讓電力工業(yè)不堪重負(fù)，尤其在當(dāng)前節(jié)能減排、減少二氧化碳排放的全球協(xié)議倡導(dǎo)下，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能與降耗已經(jīng)迫在眉睫，需要建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心。然而作為數(shù)據(jù)中心耗電主體的服務(wù)器，其實(shí)際應(yīng)用性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于峰值性能，CPU大部分時(shí)間處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，能效十分低下。目前，由于帶寬與處理器的運(yùn)算能力不匹配導(dǎo)致處理器在大部分時(shí)間等待數(shù)據(jù)而處于“饑餓”狀態(tài)，使得性能大打折扣，某些應(yīng)用任務(wù)的計(jì)算效率甚

2、至低于5％。
　　Web服務(wù)是數(shù)據(jù)中心目前應(yīng)用最廣泛的服務(wù)，目前采用通用服務(wù)器作為Web服務(wù)器存在如下問題:1）通過(guò)通用服務(wù)器的簡(jiǎn)單堆疊雖然可以提高Web服務(wù)的能力，卻因CPU利用率很低造成通用服務(wù)器簡(jiǎn)單堆疊能效低下;2）Web服務(wù)的負(fù)載在時(shí)間上存在很大的分布不均衡性，服務(wù)器的靜態(tài)配置與應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)變化之間存在很大矛盾;3）缺乏有效的功耗控制策略，使得能耗并沒有隨著業(yè)務(wù)負(fù)荷的降低而同比例的降低;4）通過(guò)虛擬化來(lái)提高Web服務(wù)器效能

3、的方法治標(biāo)不治本，因?yàn)樘摂M化本身就會(huì)帶來(lái)效率的損失，車建華在博士論文《虛擬計(jì)算系統(tǒng)性能與可用性評(píng)測(cè)方法研究》的研究中，從應(yīng)用的角度對(duì)虛擬機(jī)性能進(jìn)行了測(cè)試，虛擬化使得Web服務(wù)器的性能損失了20％開銷。
　　針對(duì)上述問題，本文針對(duì)Web服務(wù)提出了一種新型的高效能微服務(wù)器架構(gòu)，通過(guò)采用微服務(wù)器CPU作為處理核心（它通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)CPU的主頻、微結(jié)構(gòu)、工藝進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，更加適用于需要更低功耗、更高密度、更高的IO操作、更高效率的工作負(fù)載）

4、，省去了中間虛擬層，讓應(yīng)用負(fù)載和硬件資源的匹配度更高。同時(shí)，在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)集成計(jì)算資源（多個(gè)微服務(wù)器模塊）、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)共享電源、風(fēng)扇、網(wǎng)絡(luò)等資源，從而使該服務(wù)器在密度、功耗、成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
　　本文的主要工作包括以下幾點(diǎn):1）闡述了高效能微服務(wù)器研究的背景、內(nèi)容和意義，介紹了國(guó)外在高效能微服務(wù)器創(chuàng)新方面的成果，提出本文所要研究的內(nèi)容;2）分析微服務(wù)器典型應(yīng)用Web服務(wù)的特點(diǎn)，以及采用傳統(tǒng)通用服務(wù)器效能低下的原

5、因;3）基于應(yīng)用對(duì)硬件的需求分析，提出高效能微服務(wù)器的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并重點(diǎn)介紹了高效能微服務(wù)器整體架構(gòu)和微服務(wù)器功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);4)介紹微服務(wù)器模塊的功能和穩(wěn)定性測(cè)試以及整機(jī)系統(tǒng)Web服務(wù)應(yīng)用測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果;5）通過(guò)對(duì)比并分析高效能微服務(wù)器與通用服務(wù)器的測(cè)試結(jié)果，總結(jié)下一步改進(jìn)的方向;高效能微服務(wù)器主要適合于輕量計(jì)算、高IO操作、高并發(fā)、高通量、橫向擴(kuò)展的應(yīng)用場(chǎng)景，除了特別適用于Web服務(wù)以外，對(duì)于CDN服務(wù)、緩存服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容處