● 摘要
随着虚拟化技术的不断发展以及服务器性能的不断提升，虚拟化技术越来越多地应用于工作环境中。在当前阶段，I/O被公认为是虚拟化的性能瓶颈，I/O性能优化是提升虚拟化性能的关键。作为现行的有效提升虚拟化I/O性能的手段，半虚拟化I/O模式越来越多地被不同的虚拟化平台采用。但是，半虚拟化模式在网络I/O方面的应用效果依然不够理想。本文基于内核虚拟机(Kernel-based Virtual Machine, KVM)，研究如何进一步降低半虚拟化模式下虚拟机网络I/O的时延。本论文主要的工作包括以下几点：1. 对KVM的总体结构、内存管理进行了详细分析，得到虚拟机状态转移图、内存页面分配机制等分析成果，作为虚拟机网络I/O优化工作的基础。2. 对KVM的网络I/O过程进行了详细分析，得到网络数据包在传输过程中的详细函数调用图，作为时延分析工具的运行基础。3. 基于Linux内核事件追踪工具Systemtap，设计并实现适用于物理机与虚拟机环境下的网络I/O时延分析工具。4. 利用上述时延分析工具获取半虚拟化模式下数据包从物理机到虚拟机完整传输路径的时延数值。并通过对时延数值及KVM网络I/O机制进行分析，定位网络I/O过程中的性能瓶颈。5. 根据上述分析结果，进行了以下优化工作：a) 设计并实现针对虚拟机进程的内存页面直接分配机制，以解决KVM在网络I/O过程中内存页面分配时效率偏低的问题。b) 设计并实现数据传输机制，以解决宿主机网络协议栈处理网络数据包时延过长的问题。经过时延分析工具及相关实验验证，网络时延在优化后的I/O模式中降幅明显，优化效果得到体现。