SR-IOV技术在OpenStack中的应用

在OpenStack云平台中,一台物理服务器上可能同时运行着十几台虚拟机,这对于物理服务器的I/O性能要求是非常高的.因此,I/O虚拟化技术的效率对于整个OpenStack云平台的网络性能提升都有着至关重要的作用.为了提高系统整体的网络性能,在OpenStack云平台中引入SR-IOV技术成为了一种可选的方式.本文通过对比实验测试了SR-IOV技术对于OpenStack云平台上网络I/O性能的影响.最终对实验结果进行分析可知,在引入SR-IOV技术后,OpenStack云平台上的计算节点I/O虚拟化性能提升了大概50%.     

一种网卡硬件辅助虚拟化技术

经过多年的发展,CPU虚拟化和内存虚拟化技术已经成熟,但是I/O虚拟化技术一直是虚拟化技术发展的瓶颈,也制约着整个系统虚拟化性能的提升.目前,Intel的VT-d技术已经能够实现Passthrough I/O功能,而且还通过VT-d和网卡虚拟化实现了SR-IOV技术,有效地解决了I/O虚拟化中的诸多问题.     

协作型虚拟机中设备虚拟化研究

针对当前系统虚拟化中设备模型难以通用、I/O执行效率低等问题,提出一种基于多核平台的设备虚拟化方案。将传统的消息式I/O处理转换成实时I/O处理,通过I/O传递协议消除I/O处理部件与虚拟机监控器(VMM)的紧耦合,在改善I/O处理效率的同时,提高设备虚拟化模型的通用性,结合协作型VMM完成对设备虚拟化的设计与实现。测试结果表明,该方案能提升I/O执行效率,适用于多种虚拟化系统。     

基于NOW的Collective I/O技术研究

随着ＮＯＷ在科学研究中白益广泛的应用,如何为ＮＯＷ上的科学计算提供高性能的输入输出成为我们面临的一个新课题。作者根据ＮＯＷ的特点,设计并实现了一个具有ＮＯＷ特色的基于ＣｏｌｌｅｃｔｉｖｅＩ／Ｑ的并行Ｉ／Ｏ系统,吸取了ＤＤＩＯ与ｔｗｏ－ｐｈａｓｅＩ／Ｏ的优点,从而有效地解决了高带宽和低延迟问题。初步的系统吞吐量测试显示了良好的性能。     

FPGA中的多标准IO端口设计

现场可编程门阵(FPGA,Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种,已广泛运用于通信领域、消费类电子和车用电子。I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一,它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口,将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路,并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能,在I/O端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。     

一种基于IME的自适应I/O设备信息录入技术

提出了一种使现有的应用程序在不进行升级的情况下,读取未知I／O外设的输入信息的方法。其核心思想是基于IME技术,在操作系统的输入法构架中添加一个IME设备接口模块,辅助以过滤器及编辑器功能,使I／O设备的输入信息能自动送达原本不支持该设备的应用系统,延长现有应用的生命周期。     

基于Xen的I／O准虚拟化驱动研究

针对全虚拟化下客户端虚拟机无法“感知”虚拟机监视器的问题,对基于Xen的I／O准虚拟化驱动进行研究,通过实验可知,准虚拟化驱动能够消除全虚拟化方式下虚拟机监视器“黑箱”特性的限制,可以实现和虚拟机监视器的密切配合,从而提高I／O性能。在虚拟机Xen的全虚拟化环境中加入准虚拟化驱动,采用对比测试方法验证了该驱动能大幅提升网络性能。     

基于Intel I/O处理器的虚拟磁带库设计

本文介绍了一种基于Intel公司高性能I/O处理器的虚拟磁带库系统设计方法.在分析了虚拟磁带库功能架构的基础上,结合Intel公司I/O处理器的性能特点,提出了完整的系统实现方案,并详细论述了PCI-X总线、电源模块、Flash与内存以及人机接口等主要部分的设计.最后在Linux环境下经过测试验证,目前已步入产品化进程.     

基于VDD的微机接口虚拟实验系统

虚拟实验是将计算机技术应用于工业研发和实验教学的一个重要手段。针对目前微机接口实验模式存在的不足,提出设计虚拟实验系统的方法,利用Windows下的VDD技术,对用户实验程序中的I/O指令进行拦截,设计出一套用于仿真接口器件的实验系统。实验灵活,不占用额外的系统硬件资源,极大满足了实验教学的需求。     

一种独立式I/O虚拟化方法研究

当前虚拟化系统中的设备仿真过程与I/O指令串行执行,无法发挥真实体系结构中直接存储器访问、异步I/O等加速I/O访问技术的性能优势,致使虚拟平台I/O性能与真实I/O性能存在一定差距。针对该问题,提出一种独立式I/O虚拟化方法,通过将I/O仿真活动(如磁盘读写)分离成一个独立的进程,虚拟机监控器(VMM)只保留相应的接口,达到将VMM与I/O设备分离实现仿真与指令并行化执行的目的,并基于QEMU平台实现该方法。实验结果表明,采用该方法后的QEMU I/O读写性能优于原有I/O子系统。由于I/O指令不必再等待I/O仿真的结束,因此在提高CPU指令执行速度的同时,能够有效提高4.9%的磁盘读取速度及9.2%的VGA测试基准软件Viewpref得分。     

High performance network virtualization with SR-IOV

Virtualization poses new challenges to I/O performance. The single-root I/O virtualization (SR-IOV) standard allows an I/O device to be shared by multiple Virtual Machines (VMs), without losing performance. We propose a generic virtualization architecture for SR-IOV-capable devices, which can be implemented on multiple Virtual Machine Monitors (VMMs). With the support of our architecture, the SR-IOV-capable device driver is highly portable and agnostic of the underlying VMM. Because the Virtual Function (VF) driver with SR-IOV architecture sticks to hardware and poses a challenge to VM migration, we also propose a dynamic network interface switching (DNIS) scheme to address the migration challenge. Based on our first implementation of the network device driver, we deployed several optimizations to reduce virtualization overhead. Then, we conducted comprehensive experiments to evaluate SR-IOV performance. The results show that SR-IOV can achieve a line rate throughput (9.48 Gbps) and scale network up to 60 VMs, at the cost of only 1.76% additional CPU overhead per VM, without sacrificing throughput and migration.     

基于网卡虚拟化的高性能容器网络设计

单根I/O虚拟化技术为传统数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力,通过将多个网卡直通到虚拟机,减少额外包复制带来的性能损失,使得网络I/O具有接近主机的性能。然而,在网络功能虚拟化场景下单独使用单根I/O虚拟化技术会降低传统数据中心的网络I/O虚拟化性能。针对网络功能虚拟化长链场景,结合单根I/O虚拟化技术和软件虚拟化技术,设计基于网卡虚拟化的高性能容器网络。通过转发模块判断网络流量的目的地址,寻找最优的流量转发路径,实现流量的灵活转发。利用基于脚本程序的自动化部署模块,对每个节点业务进行支持动态增删服务的配置,便于用户对网络进行管理和修改。实验结果表明,在网络功能虚拟化长链场景下,相比单根I/O虚拟化技术,该网络延迟降低约20%,同时能够有效提高网络吞吐量,解决数据中心的网络I/O虚拟化问题。     

SR-IOV密码设备中断传输过程建模

SR-IOV密码设备在虚拟化环境下执行运算时会产生大量I/O中断,导致CPU在Root模式与Non-Root模式之间频繁切换,带来巨大的系统性能开销,影响SR-IOV密码设备的运算性能。针对该问题,对SR-IOV密码设备I/O中断进行建模分析,根据密码任务先到先服务的规则构建了M/M/1排队模型,分析了影响系统性能的关键因素,并通过仿真和实验测试验证了模型的有效性,最后对系统性能进行了测试与分析。结果表明,该模型能够定量分析中断频率对中断响应时间和系统队长的影响。     

Denial-of-Service attacks on PCI passthrough devices: Demonstrating the impact on network- and storage-I/O performance

PCI Passthrough is an established x86 server technology for directly assigning PCIe devices to Virtual Machines (VMs). In combination with Single Root I/O Virtualization, which enables concurrent sharing of single physical PCIe I/O devices, PCI Passthrough enables low overhead and high performance I/O virtualization. Besides server environments, the combination is also a promising approach for sharing I/O in future multi-core embedded systems. In this paper, we demonstrate that PCI Passthrough has yet-to-be-solved problems regarding performance isolation, because it is prone to Denial-of-Service (DoS) attacks. VMs executing DoS attacks on Passthrough devices can degrade the I/O performance of devices that share PCIe links with the DoS victim, which may affect concurrent VMs and the host. We evaluate how attacks on an SR-IOV capable Gigabit Ethernet NIC cause a degradation of the system’s network- and storage-I/O performance. The attacked NIC’s TCP throughput drops by 35%; other NICs that share PCIe links with the victim see degradations of 46% and 65%; performance of a host-assigned SSD degrades by 77%. We investigate what influences the severity of such attacks and introduce three protection approaches.     

基于单根I/O虚拟化的多根I/O资源池化方法

虚拟化技术在为现代数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力的同时,也对数据中心服务器的I/O系统设计提出了新的需求,现有I/O资源与服务器紧密绑定的I/O体系架构将产生成本上升、资源冗余、I/O连线复杂化等一系列问题.针对上述问题,提出了一种基于单根I/O虚拟化协议(single root I/O virtualization, SR-IOV)的多根I/O资源池化方法：基于硬件的多根域间地址和ID映射机制,实现了多个物理服务器对同一I/O设备的共享复用,有效减少单体服务器所需的设备数量和连线数量,并进一步提高服务器密度;同时提出虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配,提高资源的利用效率.提出的方法在可编程逻辑器件(fieid-programmable gate array, FPGA)原型系统中进行了验证,其评测表明,方法能够在实现多根I/O虚拟化共享的同时,保证各个根节点服务器获得近乎本地直连设备的I/O性能.     

基于硬件辅助虚拟化技术的反键盘记录器模型

结合已有的键盘记录器,分析了Windows中从用户按键到应用程序处理消息的过程,并针对该过程详细分析了可能出现的安全威胁。在此基础上提出了基于硬件辅助虚拟化的反键盘记录器模型。利用CPU提供的硬件辅助虚拟化技术实现了虚拟机监控器,当获取用户输入时通过在虚拟机监控器中自主处理键盘中断并将读取到的键盘扫描码信息交由受保护的用户线程来保护用户键盘输入的安全。     

大力发展和应用虚拟化技术

本文着重讨论了虚拟化技术的由来和发展,当今主要是什么因素在推动虚拟化技术的应用和发展,如提高系统的整合能力,提高系统的管理水平以及改善系统的绿色水平。并例示一些IT产品和实际应用,最后说明其发展和如何做好应用。