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.     

网卡虚拟化综述

近年来,越来越多的应用或微服务部署到云端.虚拟网络是云端部署运行的基本保障.为了构建面向虚拟机和容器等虚拟实例的虚拟网络,网卡虚拟化在物理网卡的基础上,构建虚拟网卡和虚拟网桥等设备,并对各虚拟设备进行配置和管理.本文从虚拟网卡和虚拟网桥出发,调研了网卡虚拟化中目前流行的虚拟技术,并将这些技术进行了分类和比较,最后就网卡虚拟化的现状及未来进行了总结和展望.     

数据包聚合算法提高云计算环境下的网络I/O虚拟化

通过介绍云计算现有环境下网络I/O虚拟化的架构模式,提出一种新的聚合方式来提高云计算环境下网络I/O虚拟化的效率。首先通过分析云计算环境下现有网络I/O虚拟化的过程,进行云环境下的联网性能评估,并在软件和硬件两方面,得出其网络I/O虚拟化的瓶颈。然后,通过提出基于I/O虚拟化的数据包聚合算法,进而大幅度提升云计算环境下网络I/O虚拟化的资源利用率,CPU利用率和内存利用率。最后通过包聚合标注工具,以矩阵的形式,证明该方法的效率。     

密码卡虚拟化技术研究与实现

密码卡是一种密码设备,位于网络安全平台的物理层,通过各种密码算法为上层应用系统提供加解密、数字签名等密码运算服务。从云计算安全方面考虑,密码卡需要具备高速运算的特点,并且 需要通过虚拟化技术实现高并发性。密码卡作为输入/输出(Input/Output,I/O)设备面临的挑战是,如何在虚拟化的情况下获得良好的 I/O 性能并有效地共享 I/O 设备。目前 I/O 虚拟化技术的发展相对滞后,影响了虚拟机的整体性能。基于此,该文提出了 3 种密码卡虚拟化设计方案,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的软件虚拟化密码卡和基于单根 I/O 虚拟化技术的硬件虚拟化密码卡。在实际应用中,虚拟化密码卡通过高速外设部件互连标准(PCI-E)总线内置于服务器中,具备高性能并且通过软件调度 可以被多用户共享。结果表明,该技术可应用于金融、电信等信息安全领域,具备广阔的应用前景。     

基于容器虚拟化技术研究

基于容器的虚拟化技术通过借鉴资源容器的核心思想,将系统中的资源主体从运行主体中剥离出来,从而达到在虚拟化技术上对系统资源进行精确和高效控制的目的。本文在详细介绍和分析了资源容器和安全容器的基础上提出了虚拟化容器技术的系统架构并和原有的Hypervisor模型进行对比,充分肯定了它在系统资源共享方面的优势,同时指出了其潜在的安全隐患。     

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。     

基于网络功能虚拟化的网络试验平台的设计与实现

21世纪已进入了信息时代,网络平台的使用越来越广泛,新型的网络设备在投入使用之前要经过严格的测试把关,但是这种测试在越真实的网络环境下进行效果才会越明显,所以要通过购置大量的网络设备来搭建虚拟的网络环境,越接近真实的网络环境会越成功。然而,对于很多较为复杂的网络系统来说,这样做会面临很多现实问题,比如,成本巨大、技术要求过高、耗时过长等。虚拟化技术是将现实的资源转化成虚拟的资源,并且使其更为抽象,使用虚拟技术,用软件来实现网络的功能,以此来代替传统的硬件加软件方式实现各种网络功能。可以通过网络试验平台来实现对资源的管理以及远程访问,同时还能描述服务器端性能监控以及绘制和存储网络拓扑等,基本上可以满足网络试验的常规要求。     

基于硬件队列扩展的网卡虚拟化方案

多核架构的虚拟平台对偏重于I/O访问的应用普遍存在虚拟化性能开销大的问题。为此,提出一种基于驱动域的网卡虚拟化方案。通过具有独立中断的硬件队列对网卡进行硬件扩展,减少网卡I/O访问中虚拟机监控器的参与,提高访问效率。测试结果表明,在消息长度达到1 024 Byte时,使用虚拟接口的时延仅比非虚拟化环境高10%。     

Linux下高性能网络I/O解决方案分析

Linux下网络I/O的高性能,主要指当Socket文件描述符上有大量事件发生时,系统可以快速响应,且其处理能力具有可扩展性.以往,人们都是使用select()或poll()来实现,但实践表明,随着文件描述符的增多,这两个系统调用的性能会显著下降.本文将讨论一种实现机制更高效、扩展性更好的解决方案:使用epoll(),并通过实验证明其高效性.     

关于云计算数据中心中网络虚拟化技术的应用浅析

网络是云计算数据中心的载体,同时也是云计算向用户提供服务的重要途径,网络虚拟化技术的质量决定了云计算数据中心的运行情况。着重阐述云计算数据中心中网络虚拟化技术的应用情况,希望对相关行业有所帮助。     

基于VNF组合的服务功能链设计及映射算法

为优化网络功能虚拟化中服务功能链的设计和映射过程,提高物理资源利用率,提出一种基于虚拟网络功能(VNF)组合的服务功能链设计及映射算法A-VNFC.使用整数线性规划(ILP)模型,在小规模物理网络中求出目标函数总带宽消耗(TBC)的最优解,寻找可组合的VNF,并利用VNF决策树检查所有组合策略,通过迭代和优化降低TBC.仿真结果表明,A-VNFC算法可在不同场景下有效降低带宽消耗,其TBC数值接近ILP模型获得的最小带宽消耗值.     

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KVM的远程声卡显卡虚拟化技术

针对家庭多媒体环境下的设备共享问题, 提出了一种基于KVM虚拟机的远程设备虚拟化技术方案. 该方案利用了KVM虚拟机的设备模拟技术, 在其设备模拟模块QEMU中实现远程设备虚拟化, 使得本地用户能够像使用本地的设备一样使用远程的真实物理设备. 接着描述了远程虚拟声卡和显卡的具体实现以及相应的优化措施, 并且利用远程虚拟显卡实现了屏幕扩展功能,最后通过实验进行性能分析. 本方案优点在于仅需要在用户态的虚拟设备层添加所需要的远程设备的虚拟化, 方便灵活且系统的安全性高同时不需要修改客户操作系统.     

网络功能虚拟化技术研究综述

网络功能虚拟化(network function virtualization, NFV)基于虚拟化技术和标准的商业服务器、交换机、存储器来实现网络功能,用于替代网络中原本采用专用设备的中间盒,为运营商减少了搭建和运营网络的开销,提高了网络服务的灵活性、可扩展性,促进了新兴网络功能的开发和部署.目前NFV仍然处于发展阶段,在系统性能、管理编排、可靠性、可用性、安全性、可编程性等方面仍然存在很多问题,研究人员围绕这些问题展开了大量的研究.对NFV体系结构和基础技术进行了总结,提出了需要解决的关键问题.在此基础上,对已有的NFV研究成果提出了“四象限”的分类方法,并详细分析和比较了典型的解决方案,总结了各方案的优势和开销,对未来的研究趋势进行了展望.     

智能网卡综述

在网速飞速提升、内存瓶颈突出、网络处理开销愈发显著的时代,普通网卡在网络协议处理、数据搬移、使用灵活性等方面逐渐暴露出缺陷.智能网卡,作为可编程的智能网络设备,在数据中心、科学计算领域均得到广泛关注,成为解决网络瓶颈的关键技术.在网络协议处理卸载、网络功能虚拟化、特定应用加速等应用场景中发挥着重要作用.综述从智能网卡的基础架构、编程框架、应用方向和热点问题4个方面进行分析,总结了目前产业界中的典型产品、学术界中的重要成果,明确了不同设计架构的优势和不足,分析了不同编程框架适用的应用场景,介绍了智能网卡在典型数据中心应用、科学计算应用实例中的作用,对不同应用场景中智能网卡的软硬件协同设计提供了建议.最后,综述对当前智能网卡设计、使用中仍然存在的热点问题进行总结,总结了通用的智能网卡设计思路,指明未来有价值的重要研究点.     

云环境下网络I/O虚拟化的研究与改进

云计算对网络的共性需求体现在无感知服务、资源动态适配、可靠性保障、虚拟化和安全性等方面,然而,虚拟化作为云计算数据中心的关键技术,就是最大化有限的物理资源提供有效的传输服务.为了解决高速网络I/O虚拟化在面临I/O密集的应用时导致的I/O性能降低问题,论文提出了网络I/O性能的优化方法:一种分层处理I/O调度的网络虚拟化模型,对云平台下的VM应用进行递进式的优化I/O策略.实验结果证明提出的模型能够提高网络I/O的性能并提高硬件资源的充分利用.     

高速网络接口卡DMA引擎的设计与实现

随着DMA技术在高速网络接口卡设计中的广泛应用,DMA引擎已成为高速网络接口卡的一个重要组成部分。该文提出了一种面向高速网络接口卡的DMA引擎的实现方案,并将之成功地应用于千兆位以太网网络接口卡的具体实现中。