● 摘要
虚拟化技术是云计算的关键和基础技术之一。随着云计算的兴起和发展，近年来，虚拟化技术受到了前所未有的关注和研究。其中，Xen和KVM是开源领域最具代表性的两种虚拟化技术。目前，云环境应用越来越普遍，特别是基于Xen hypervisor的XenServer虚拟化平台，该环境大多采用XenServer+HVM的部署结构，这就对同物理平台下HVM虚拟机域间通信提出了更高的性能要求。Xen虚拟化平台上的虚拟机，特别是全虚的HVM虚拟机，它们的网络I/O效率还不够理想，尤其是需要在同物理平台的虚拟机之间进行大数据量传输时，性能问题表现的尤为突出。在前后端设备模型下，当虚拟机之间通信数据量较大时，domain0就成为了实际上的网络I/O性能瓶颈，而且CPU满负荷运行的domain0也不能够很好的担负起虚拟机域的管理职责。虽然已有很多PV虚拟机域间通信方案技术，但是该类技术大多采用基于共享内存方式，需要在虚拟机的内核态之间进行两次数据拷贝，其时间和空间成本开销较大，域间通信的开销有望进一步降低。本文基于上述问题，研究Xen虚拟化平台高效HVM虚拟机域间通信机制，探索进一步优化网络性能的新途径。在研究PV虚拟机域间通信各种方案技术的特点基础上，比较了基于共享内存、授权传递和授权拷贝方式的域间通信方案，给出了通用的域间通信性能模型。设计了一种HVM虚拟机高效域间通信机制，其具有如下特点：基于HVM虚拟机的pvdriver，针对于HVM虚拟机域间通信网络性能进行了优化；基于页面授权拷贝技术，既避免了内存空间浪费，又尽可能降低了通信成本开销。本文分别实现了基于Linux和Windows XP的HVM虚拟机域间通信原型系统。该域间通信机制绕过了位于domain0中网络后端，基于Xen授权表和事件通道等机制直接在两个虚拟机域之间建立了一条双向域间通信通道，有效解决了domain0的性能瓶颈问题，提高了物理平台的总体网络流量吞吐率。性能测试结果表明域间通信机制在网络延迟、网络吞吐率方面性能有很大程度的提高，同时不会对domain0产生任何的计算压力。