Xen VMX虛擬網(wǎng)卡的研究和模型改進(jìn).pdf

1、近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，推動了對軟件兼容性和可移植性的需求，使得虛擬機(jī)日益成為研究熱點(diǎn)。一般來說，虛擬化技術(shù)可以被分為兩類：泛虛擬化（Para-virtualization）和完全虛擬化(Full-virtualization)。泛虛擬化的實現(xiàn)需要修改操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能較高，但對操作系統(tǒng)的修改也導(dǎo)致其兼容性較差。與此相對，完全虛擬化實現(xiàn)不需要修改操作系統(tǒng)，可以直接運(yùn)行各類主流的操作系統(tǒng)，但缺點(diǎn)是性能較差。 Xen作為

2、英國劍橋大學(xué)研究組提出的一個虛擬化實現(xiàn)方案，最初采用泛虛擬化的實現(xiàn)，具有極好的性能表現(xiàn)。日益成為虛擬化技術(shù)的一個研究熱點(diǎn)。但泛虛擬化實現(xiàn)對操作系統(tǒng)的兼容性較差，而其完全虛擬化實現(xiàn)則比較困難。而Intel和AMD近年來推出了硬件虛擬化技術(shù)使這一情況得到改善，其中Intel的支持x86體系架構(gòu)的硬件虛擬化技術(shù)被稱為VT-x。該技術(shù)能極大地提升VMM（Virtual Machine Monitor）對虛擬機(jī)控制的靈活性和粒度。在硬件虛擬化技術(shù)

3、的支持下，Xen3.0版本開始實現(xiàn)了完全虛擬化。這極大的提高了Xen的兼容性和可移植性。 但Xen完全虛擬化的實現(xiàn)性能表現(xiàn)還較差，其中I/O的性能更是一個薄弱的環(huán)節(jié)。完全虛擬化的Xen通過虛擬設(shè)備模型的方式為虛擬機(jī)提供設(shè)備訪問的接口，設(shè)備模型提供了對PC平臺設(shè)備的模擬，即用軟件的方法模擬硬件級的編程接口，從而使得無需修改虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)即可通過這些接口訪問物理設(shè)備。 論文選擇Ne2000虛擬網(wǎng)卡作為研究對象，對虛擬設(shè)備模

4、型進(jìn)行了深入的研究和分析。Ne2000作為一個功能相對簡單的網(wǎng)卡，易于理解Xen對它虛擬化實現(xiàn)的原理和方法。而Ne2000虛擬網(wǎng)卡和其他的虛擬網(wǎng)卡在模型上是相似的，對Ne2000虛擬網(wǎng)卡的研究可以容易的推導(dǎo)到一般的虛擬網(wǎng)卡，同時其結(jié)論也容易被應(yīng)用到其他的虛擬設(shè)備。 論文對Ne2000網(wǎng)卡和Ne2000虛擬網(wǎng)卡的體系結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了細(xì)致的分析和研究，并在模型分析和實驗數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，指出了其模型中的性能瓶頸。即I/O請求所引

5、起的Hypervisor（虛擬機(jī)監(jiān)視器）、Domain0、DomainU之間的頻繁切換，是影響系統(tǒng)性能的重要原因。針對這一分析結(jié)果，論文提出了將Ne2000虛擬網(wǎng)卡的狀態(tài)信息放入I/O共享頁中，使得Hypervisor和Domain0都可以直接訪問該狀態(tài)信息，通過在Hypervisor中處理部分網(wǎng)絡(luò)I/O請求，減少Hypervisor和Domain0之間的切換開銷來提高系統(tǒng)性能。 在模型改進(jìn)的基礎(chǔ)上，論文介紹了對模型改進(jìn)的具體實