支持虚拟化和带宽分享的网络适配器fpga实现硕士论

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目支持虚拟化和带宽分享的网络适配器FPGA实现学科专业通信与信息系统学号201121010831作者姓名唐远开指导教师谢军副教授分类号密级UDC注10位论文支持虚拟化和带宽分享的网络适配器FPGA实现唐远开指导教师谢军副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系统提交论文日期2014年5月论文答辩日期2014年6月学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月30日答辩委员会主席评阅人注

2、1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。IMPLEMENTATIONOFNETWORKADAPTERSUPPORTSVIRTUALIZATIONANDBANDWIDTHSHARINGONFPGAAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:InformationandCommunicationSystemAuthor:TangYuanKaiAdvisor:XieJunSchool:SchoolofCommunicationandInformationEngine

3、ering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

4、，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月 摘要摘要伴随着以太网技术的快速发展，万兆以太网技术已经变得成熟。再加上CPU的性能不断提高，PCIExpress总线的带宽越来越宽。万兆以太网以网络适配器形式通过PCIExpress总线部署在服务器平台上已经变得现实。与此同时，云计算的概念被提出后，云计算的热潮也席卷了各个行业，众多IT企业和电信运营商都在向云计算进军，都已经推出了自己相关的服务。随着虚拟化技术的发展和云计算规模的壮大，在数据中心中的服务工作量日益增长，租户数量也随之增多，传统的数

5、据中心网络也暴露出了很多局限性。局限性主要集中在可扩展性和资源合理分配问题上。可扩展性是当规模庞大后再扩建带来成本高，而且会影响原有的网络服务质量。分配在问题上，像CPU和内存等硬件资源有合理的分配管理，但是网络带宽仍然是使用传统的“尽力而为”方式被共享。网络中经常会出现堵塞，租户正面临着带宽分配不公平的困境。网络资源的分配变成了一个迫切而棘手的问题。虽然很多相关的技术解决方案目前也有被提出，但是那些解决方案都有各自的局限性，到目前为止没有一种完美的解决方案。针对这些问题，本文提出了一种与机架交换机一起控制发送带宽的解决方案，在一定程度上解决了带宽分享问题，并将数据中心网

6、络拓扑中的服务器端网络适配器硬件部分进行了实现。网络适配器硬件部分是在FPGA上进行实现的，采用Altera的StrativIV530芯片。实现中采用的主要技术如下：硬件使用DMA技术通过PCIExpress总线与CPU实现通信；接口使用万兆以太网接口；虚拟机队列的调度采用差额轮询调度。本设计主要成果如下：整体来说，在一定程度解决带宽分配问题的同时，扩展性问题上也有良好的解决。一台服务器上支持16个虚拟机，一个租户中的虚拟机数量可以软件动态控制分配。细节来说，在支持PCIExpress2.0总线基础上，采用高性能DMA技术，特别是DMA读内存的速率得到大幅提升，以适应本设

7、计需求；万兆以太网接口中将MAC层进行了设计实现；调度中对差额轮询调度在FPGA上进行了实现。实现过程中，采用先功能仿真后下板测试，最终设计得到实现和验证。关键词：网络适配器，万兆以太网，带宽分享，PCIExpress总线，直接存储器访问I ABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofEthernettechnology,10-GigabitEthernettechnologyhasbecomemature.Inaddition,duetothecontinuesimprovingCPUp