Xen VMX虛擬網(wǎng)卡的研究和模型改進(jìn).pdf

1、近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，推動(dòng)了對(duì)軟件兼容性和可移植性的需求，使得虛擬機(jī)日益成為研究熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，虛擬化技術(shù)可以被分為兩類：泛虛擬化（Para-virtualization）和完全虛擬化(Full-virtualization)。泛虛擬化的實(shí)現(xiàn)需要修改操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能較高，但對(duì)操作系統(tǒng)的修改也導(dǎo)致其兼容性較差。與此相對(duì)，完全虛擬化實(shí)現(xiàn)不需要修改操作系統(tǒng)，可以直接運(yùn)行各類主流的操作系統(tǒng)，但缺點(diǎn)是性能較差。 Xen作為

2、英國(guó)劍橋大學(xué)研究組提出的一個(gè)虛擬化實(shí)現(xiàn)方案，最初采用泛虛擬化的實(shí)現(xiàn)，具有極好的性能表現(xiàn)。日益成為虛擬化技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但泛虛擬化實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的兼容性較差，而其完全虛擬化實(shí)現(xiàn)則比較困難。而Intel和AMD近年來(lái)推出了硬件虛擬化技術(shù)使這一情況得到改善，其中Intel的支持x86體系架構(gòu)的硬件虛擬化技術(shù)被稱為VT-x。該技術(shù)能極大地提升VMM（Virtual Machine Monitor）對(duì)虛擬機(jī)控制的靈活性和粒度。在硬件虛擬化技術(shù)

3、的支持下，Xen3.0版本開(kāi)始實(shí)現(xiàn)了完全虛擬化。這極大的提高了Xen的兼容性和可移植性。 但Xen完全虛擬化的實(shí)現(xiàn)性能表現(xiàn)還較差，其中I/O的性能更是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。完全虛擬化的Xen通過(guò)虛擬設(shè)備模型的方式為虛擬機(jī)提供設(shè)備訪問(wèn)的接口，設(shè)備模型提供了對(duì)PC平臺(tái)設(shè)備的模擬，即用軟件的方法模擬硬件級(jí)的編程接口，從而使得無(wú)需修改虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)即可通過(guò)這些接口訪問(wèn)物理設(shè)備。 論文選擇Ne2000虛擬網(wǎng)卡作為研究對(duì)象，對(duì)虛擬設(shè)備模

4、型進(jìn)行了深入的研究和分析。Ne2000作為一個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)卡，易于理解Xen對(duì)它虛擬化實(shí)現(xiàn)的原理和方法。而Ne2000虛擬網(wǎng)卡和其他的虛擬網(wǎng)卡在模型上是相似的，對(duì)Ne2000虛擬網(wǎng)卡的研究可以容易的推導(dǎo)到一般的虛擬網(wǎng)卡，同時(shí)其結(jié)論也容易被應(yīng)用到其他的虛擬設(shè)備。 論文對(duì)Ne2000網(wǎng)卡和Ne2000虛擬網(wǎng)卡的體系結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究，并在模型分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，指出了其模型中的性能瓶頸。即I/O請(qǐng)求所引

5、起的Hypervisor（虛擬機(jī)監(jiān)視器）、Domain0、DomainU之間的頻繁切換，是影響系統(tǒng)性能的重要原因。針對(duì)這一分析結(jié)果，論文提出了將Ne2000虛擬網(wǎng)卡的狀態(tài)信息放入I/O共享頁(yè)中，使得Hypervisor和Domain0都可以直接訪問(wèn)該狀態(tài)信息，通過(guò)在Hypervisor中處理部分網(wǎng)絡(luò)I/O請(qǐng)求，減少Hypervisor和Domain0之間的切換開(kāi)銷來(lái)提高系統(tǒng)性能。 在模型改進(jìn)的基礎(chǔ)上，論文介紹了對(duì)模型改進(jìn)的具體實(shí)