支持虛擬化和帶寬分享的網(wǎng)絡(luò)適配器FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、伴隨著以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)變得成熟。再加上CPU的性能不斷提高,PCI Express總線的帶寬越來(lái)越寬。萬(wàn)兆以太網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)適配器形式通過(guò)PCI Express總線部署在服務(wù)器平臺(tái)上已經(jīng)變得現(xiàn)實(shí)。與此同時(shí),云計(jì)算的概念被提出后,云計(jì)算的熱潮也席卷了各個(gè)行業(yè),眾多IT企業(yè)和電信運(yùn)營(yíng)商都在向云計(jì)算進(jìn)軍,都已經(jīng)推出了自己相關(guān)的服務(wù)。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展和云計(jì)算規(guī)模的壯大,在數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)工作量日益增長(zhǎng),租戶數(shù)量也隨之增多,

2、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)也暴露出了很多局限性。局限性主要集中在可擴(kuò)展性和資源合理分配問(wèn)題上?？蓴U(kuò)展性是當(dāng)規(guī)模龐大后再擴(kuò)建帶來(lái)成本高,而且會(huì)影響原有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。分配在問(wèn)題上,像CPU和內(nèi)存等硬件資源有合理的分配管理,但是網(wǎng)絡(luò)帶寬仍然是使用傳統(tǒng)的“盡力而為”方式被共享。網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堵塞,租戶正面臨著帶寬分配不公平的困境。網(wǎng)絡(luò)資源的分配變成了一個(gè)迫切而棘手的問(wèn)題。
　　雖然很多相關(guān)的技術(shù)解決方案目前也有被提出,但是那些解決方案都有各自

3、的局限性,到目前為止沒(méi)有一種完美的解決方案。針對(duì)這些問(wèn)題,本文提出了一種與機(jī)架交換機(jī)一起控制發(fā)送帶寬的解決方案,在一定程度上解決了帶寬分享問(wèn)題,并將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械姆?wù)器端網(wǎng)絡(luò)適配器硬件部分進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
　　網(wǎng)絡(luò)適配器硬件部分是在FPGA上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的,采用Altera的Strativ IV530芯片。實(shí)現(xiàn)中采用的主要技術(shù)如下:硬件使用DMA技術(shù)通過(guò)PCI Express總線與CPU實(shí)現(xiàn)通信;接口使用萬(wàn)兆以太網(wǎng)接口;虛擬機(jī)隊(duì)列的

4、調(diào)度采用差額輪詢調(diào)度。
　　本設(shè)計(jì)主要成果如下:整體來(lái)說(shuō),在一定程度解決帶寬分配問(wèn)題的同時(shí),擴(kuò)展性問(wèn)題上也有良好的解決。一臺(tái)服務(wù)器上支持16個(gè)虛擬機(jī),一個(gè)租戶中的虛擬機(jī)數(shù)量可以軟件動(dòng)態(tài)控制分配。細(xì)節(jié)來(lái)說(shuō),在支持PCI Express2.0總線基礎(chǔ)上,采用高性能DMA技術(shù),特別是DMA讀內(nèi)存的速率得到大幅提升,以適應(yīng)本設(shè)計(jì)需求;萬(wàn)兆以太網(wǎng)接口中將MAC層進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);調(diào)度中對(duì)差額輪詢調(diào)度在FPGA上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,采用先功