發(fā)布時(shí)間：2018-06-13 20:24

  本文選題：域間通信 + 內(nèi)核虛擬機(jī)　； 參考：《上海交通大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：在以虛擬化技術(shù)支持的數(shù)據(jù)中心或分布式計(jì)算中心里,各個(gè)計(jì)算資源節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)資源節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)傳輸。這些節(jié)點(diǎn)有些是物理機(jī),有些是部署在物理機(jī)上的虛擬機(jī)。當(dāng)若干節(jié)點(diǎn)部署在同一臺(tái)物理機(jī)上時(shí),稱(chēng)這樣的節(jié)點(diǎn)是共生虛擬機(jī)容器域。利用共生虛擬機(jī)容器域共享物理資源這一特點(diǎn),可以提升它們之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男��?即域間通信性能的優(yōu)化。通過(guò)合理的服務(wù)器配置將經(jīng)常發(fā)生大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)部署在相同的物理機(jī)上,就可以提升整個(gè)中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。 本文設(shè)計(jì)了一種方法來(lái)提升KVM (kernel-based virtual machine)內(nèi)核虛擬機(jī)域間通信性能。該方法是基于半虛擬化設(shè)備模型和共享內(nèi)存技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,在虛擬機(jī)之間建立一個(gè)域間通信通道以簡(jiǎn)化和優(yōu)化域間通信過(guò)程,研究?jī)?nèi)容主要可分為下面三個(gè)部分。 客戶(hù)機(jī)與虛擬設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程采用半虛擬化設(shè)備模型進(jìn)行優(yōu)化；分離的驅(qū)動(dòng)以傳遞數(shù)據(jù)描述符取代了從客戶(hù)機(jī)到宿主機(jī)的數(shù)據(jù)拷貝；同時(shí)兩端利用直接通知的方法減少了I/O處理過(guò)程中的CPU模式切換操作；前端驅(qū)動(dòng)可以支持客戶(hù)機(jī)內(nèi)核與程序直接利用網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行域間通信。 多個(gè)客戶(hù)域之間的數(shù)據(jù)傳輸以一塊共享的物理內(nèi)存作為通道,在初始化階段將其映射到自身的地址空間中；宿主機(jī)內(nèi)核可以保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不需要拷貝,可以直接對(duì)映射的地址進(jìn)行讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)；數(shù)據(jù)傳輸通道以特定格式的緩沖區(qū)保存并傳遞數(shù)據(jù),緩沖區(qū)中除了數(shù)據(jù)外還包含了數(shù)據(jù)大小、緩沖區(qū)是否可讀、緩沖區(qū)是否可寫(xiě)等控制信息；每個(gè)客戶(hù)機(jī)擁有自己的接收頻道,接收端的客戶(hù)機(jī)只從共享內(nèi)存通道中接收自身頻道的數(shù)據(jù)；客戶(hù)機(jī)發(fā)送時(shí)會(huì)解析目標(biāo)地址并轉(zhuǎn)化為目標(biāo)客戶(hù)機(jī)的頻道標(biāo)識(shí)符,并向該頻道發(fā)送數(shù)據(jù)包；發(fā)送端的客戶(hù)機(jī)與接收端的客戶(hù)機(jī)通過(guò)一個(gè)輕量級(jí)的消息機(jī)制互相通知收發(fā)時(shí)數(shù)據(jù)包所在的地址以及所使用的域間通信通道的頻道。 除了對(duì)客戶(hù)機(jī)到虛擬設(shè)備,以及虛擬設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行優(yōu)化與簡(jiǎn)化外,本文還對(duì)虛擬網(wǎng)卡設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行了修改,省略不必要的數(shù)據(jù)拷貝和收發(fā)處理過(guò)程,以達(dá)到更高的域間通信效率 最后根據(jù)上述方法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)原型系統(tǒng),并針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了單向吞吐量、端到端響應(yīng)延時(shí)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明域間通信通道模型可以提高虛擬機(jī)域間通信的性能,并發(fā)現(xiàn)在域間通信過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)接口的模擬過(guò)程帶來(lái)了主要的性能開(kāi)銷(xiāo)。
[Abstract]:In the data center or distributed computing center supported by virtualization technology, each computing resource node and storage resource node need to transmit data frequently. Some of these nodes are physical machines, some are virtual machines deployed on physical machines. When several nodes are deployed on the same physical machine, such nodes are called symbiotic virtual machine container domain. By using the characteristics of sharing physical resources in the container domain of the symbiotic virtual machine, the efficiency of data transmission between them can be improved, that is, the performance optimization of inter-domain communication. The data throughput of the whole central system can be improved by deploying the nodes which often occur a large number of data transfers on the same physical machine with reasonable server configuration. In this paper, we design a method to improve inter-domain communication performance of Kernel-based virtual machine. This method is based on the paravirtualization device model and shared memory technology. An inter-domain communication channel is established between virtual machines to simplify and optimize the inter-domain communication process. The research contents can be divided into the following three parts. The process of data transmission between client and virtual device is optimized by paravirtualization device model, and the data copy from client to host is replaced by separate driver to transfer data descriptor. At the same time, the method of direct notification at both ends reduces the CPU mode switching operation in the process of I / O processing, and the front-end driver can support the communication between the client kernel and the program directly using the network interface. Data transfer between multiple client domains uses a piece of shared physical memory as a channel, which is mapped to its own address space during initialization; the host kernel ensures that no copy is required during data transmission. The mapped address can be read and write access directly; the data transfer channel saves and passes data in a buffer of a specific format, which contains the size of the data in addition to the data, whether the buffer is readable or not. Whether the buffer is writable or not, each client has its own receiving channel, and the client at the receiving end only receives the data of its own channel from the shared memory channel. When the client sends, the destination address is parsed and converted into the channel identifier of the target client, and a packet is sent to the channel; The sender client and the receiver client notify each other of the address of the packet and the channel of the inter-domain communication channel used by the sender and receiver through a lightweight messaging mechanism. In addition to optimizing and simplifying the data transmission from client to virtual device and virtual device, this paper also modifies the internal structure of virtual network card device, omits unnecessary data copy and receive process. In order to achieve higher inter-domain communication efficiency, a prototype system is implemented according to the above method, and the one-way throughput, end-to-end response delay test experiments are carried out for the system. Experiments show that the inter-domain communication channel model can improve the performance of virtual machine inter-domain communication, and it is found that the simulation process of network interface brings the main performance overhead during inter-domain communication.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TP302

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本文編號(hào)：2015295