嵌入虚拟机监视器的高性能覆盖网络研究

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1、论文题目嵌入虚拟机监视器的高性能覆盖网络研究学科专业计算机应用技术指导教师李建平教授作者姓名唐源学号200710601005万方数据分类号密级注1UDC学位论文嵌入虚拟机监视器的高性能覆盖网络研究（题名和副题名）唐源（作者姓名）指导教师姓名李建平教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别博士专业名称计算机应用技术论文提交日期2012.3论文答辩日期2012.6学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据ResearchonHighPerformanceOverlayNetworkEmbed

2、dedinVirtualMachineMonitorMajor:ComputerApplicationsAdvisor:Prof.LiJian-pingAuthor:TangYuan万方数据注1注明《国际十进分类法UDC》的类号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。签名：日期：年月日关于论文使用授权的

3、说明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，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）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要随着云计算和虚拟化技术的兴起和发展，许多传统领域的计算问题，如超大规模、可扩展和高可靠的分布式计算问题，逐渐被引入到云计算和虚拟化的研究领域。它们通过对孤立、异构的资源进行聚合，实现在广域、动态环境下的资源共享与协同工作。尤其是对于

4、高性能、高密度或关键任务的服务和应用程序，利用虚拟化和云计算的容错性能，可以避免系统脆弱性，增强系统弹性。然而，随着云计算的规模进一步扩大，其网络架构可能导致严重而频繁的、不可预知的性能损失。特别是针对某些紧耦合并行应用程序，由网络带来的性能损耗将直接影响到整个系统的效率。如果将虚拟机和虚拟覆盖网络技术相结合，从而构成一种新的高性能虚拟计算环境，它具有动态拓扑、网络性能预测和虚拟环境迁移等特点，那么它将非常适于应用到当前或未来的分布式和云计算系统中。因此，本文利用现今较为成熟的虚拟化技术，针对高性能分布式计算环境，设计一种新的简单灵活的模型，使得紧耦合应用程序可以在不同环境之间无

5、缝迁移，这无论对于分散的云计算系统还是集中的数据中心网络都具有非常重要的意义。本文的主要创新工作包括：1.深入研究了基于虚拟机的覆盖网络，设计并实现了一种嵌入于虚拟机监视器Palacios中的覆盖网络系统VNET/P。在虚拟技术和覆盖网络的研究领域，VNET/P系统首次将虚拟覆盖网架构于虚拟机监视器之上。VNET/P可以将Palacios创建的一组虚拟机抽象于本地局域网，即使支持虚拟机的宿主机是远程互连的，而且它根据数据链路层的MAC地址和用户设置的路由规则，对虚拟机的收/发数据进行封装、路由和转发。通过在带宽为1Gbps的以太网和10Gbps的光纤网络上，对VNET/P连接的虚

6、拟机之间的通信性能进行测试，结果证明，由VNET/P所额外产生的性能损耗非常小。2.设计了一个独特的VNET/P桥，将本地虚拟机与外界网络连接起来，VNET/P向外界发送或接收外界的数据都通过该桥接系统实现。在Palacios+Kitten平台上，桥接设备置于特殊的桥虚拟机Dom0中，使用虚拟网络设备Virtio来完成数据的交换。VNET/P桥对数据进行再次封装，然后通过Passthrough以太设备将数据发送到目的宿主机的相应桥接设备中。3.提出在虚拟网络中利用多核的技术，实现虚拟机之间的数据发送与接收的I万方数据摘要并行性。在多核方式下，当VNET/P核心接收或发送一个包时，

7、包分配器将产生一个内核线程，然后为数据包选择一个虚拟网卡，并且使对应的虚拟机主动分配一个CPUcore。此时CPU不立即执行VMexit指令，而是多个虚拟机并行运行在不同的CPUcore上。该方法动态地使用空闲的CPUcore来提高包转发带宽，同时减少了VMexit的次数，其优势在于最大化海量数据的传输通量。4.基于VNET/P结点构建虚拟覆盖网。本文利用VNET/P控制组件对虚拟网络拓扑进行动态配置、监视网络性能、热迁移虚拟机等。VNET/P覆盖网的拓扑并非仅仅是简单的以太网拓