高性能網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下動態(tài)中斷頻率協(xié)同控制技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前數(shù)據(jù)中心對于高數(shù)據(jù)吞吐量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的需求推動了高性能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)之一的虛擬化技術(shù)也正受到網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的影響。如何提高虛擬機(jī)在高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的I/O性能一直是虛擬化平臺的一大挑戰(zhàn)。單根I/O虛擬化（SR-IOV）標(biāo)準(zhǔn)是PCI-SIG組織制定的硬件輔助 I/O設(shè)備虛擬化解決方案，因其在高性能網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的適用性而得以推廣。SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)采用I/O設(shè)備直接分配的方式，消除了虛擬機(jī)監(jiān)視器復(fù)制數(shù)據(jù)包所帶來的性能開銷，實(shí)

2、現(xiàn)了接近物理機(jī)的I/O性能。然而，在高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下大量數(shù)據(jù)包所導(dǎo)致的中斷處理開銷成為了虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)I/O性能的瓶頸，即使采用NAPI等中斷控制技術(shù)仍然不足以緩解大量中斷所帶來的壓力。
　　本文首先研究了采用SR-IOV標(biāo)準(zhǔn)的10G以太網(wǎng)卡通過NAPI與中斷抑制進(jìn)行中斷頻率協(xié)同控制的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，網(wǎng)卡原有控制方案在高負(fù)載情況下無法達(dá)到最佳性能，其主要原因在于設(shè)置了固定的中斷頻率而無法適應(yīng)多樣化應(yīng)用場景的不同負(fù)載。
　　針對這

3、一問題，本文提出了負(fù)載自適應(yīng)的動態(tài)中斷頻率協(xié)同控制優(yōu)化方案，保證系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的同時(shí)最大化系統(tǒng)的吞吐率。優(yōu)化方案在高負(fù)載情況下根據(jù)系統(tǒng)CPU資源使用情況動態(tài)調(diào)整中斷頻率，使系統(tǒng)吞吐率最大化。本文基于對網(wǎng)絡(luò)吞吐率的數(shù)學(xué)模型分析，在系統(tǒng)中斷不足和中斷冗余時(shí)采用不同的中斷頻率控制方式，確保系統(tǒng)在不同負(fù)載并發(fā)度下都能有效利用CPU資源，達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。除此之外，優(yōu)化方案還設(shè)計(jì)了自適應(yīng)的算法切換機(jī)制。該機(jī)制根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載選擇不同控制算法，在低負(fù)