Δίκτυα Διασύνδεσης Υψηλής Επίδοσης Σε Εικονικά Περιβάλλοντα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η συμπεριφορά των δικτύων διασύνδεσης υψηλής επίδοσης σε εικονικά περιβάλλοντα.Η εργασία βασίστηκε στο δίκτυο διασύνδεσης που υλοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της διπλωματικής εργσίας "Σχεδίαση και Υλοποίηση μηχανισμού απευθείας απομακρυσμένης πρόσβασης στη μνήμη με χρήση προγραμματιζόμενου προσαρμογέα δικτύου 10GbE", στο Εργαστήριο Υπολογιστικών Συστημάτων. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε το πρωτόκολλο SLURPoE (Simple RDMA Protocol over Ethernet), η υλοποίηση του οποίου τροποποιήθηκε ώστε να ενταχθεί σεεικονικά περιβάλλοντα, και συγκεκριμένα στον ελεγκτή εικονικής μηχανής Xen, με χρήση του μοντέλου διαχωρισμένου οδηγού (split driver model), στην διπλωματική εργασία "Ένταξη Σημασιολογίας Δικτύων Διασύνδεσης Υψηλής Επίδοσης σε Εικονικές Μηχανές".Αρχικά, εξετάζονται παράγοντες που ενδεχομένως να περιορίζουν την απόδοση του δικτύου διασύνδεσης, και του πρωτοκόλλου, τόσο στην αρχική όσο και στην εικονικοποιημένη υλοποίησή του. Με χρήση μετροπρογραμμάτων (benchmarks) έγινεπροσπάθεια να εντοπιστούν και να βελτιστοποιηθούν πιθανά bottlenecks, τόσο σε επίπεδο υλικού, όσο και σε επίπεδο υλοποίησης πρωτοκόλλου.Στην συνέχεια, ακολουθώντας μια διαφορετική προσέγγιση, υλοποιείται το εικονικοποιημένο πρωτόκολλο SLURPoE σε επίπεδο πυρήνα (kernel level).Στις δύο προηγούμενες εργασίες η υλοποίηση του πρωτοκόλλου γινόταν, στο μεγαλύτερο κομμάτι της πάνω σε έναν 'έξυπνο' προσαρμογέα δικτύου (smart NIC), ενώ ο πυρήνας των κόμβων (hosts) αναλάμβανε μόνο την αρχικοποίηση της επικοινωνίαςμεταξύ των εφαρμογών σε χώρο χρήστη και του προσαρμογέα δικτύου. Στόχος ήταν η όσο το δυνατόν μικρότερη επιβάρυνση των επεξεργαστών των κόμβων.Στην παρούσα διπλωματική εργασία το πρωτόκολλο ενσωματώνεται στο κάτω μέρος (backend) του διαχωρισμένου οδηγού του Xen, υλοποιώντας ουσιαστικά το πρωτόκολλο στον πυρήνα του privileged guest του Xen, αντικαθιστώντας έτσι τον προσαρμογέα δικτύου.Με την χρήση απλών μετρο-προγραμμάτων (micro-benchmarks), αξιολογήθηκε η διαφορά στην επίδοση μεταξύ των δύο υλοποιήσεων, σε ό,τι αφορά τόσο στο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων (throughput) και τους χρόνους απόρκισης (latency), όσο και στην επιβάρυνση των επεξεργαστών των κόμβων. H υλοποίηση σε επίπεδο πυρήνα εμφανίζει μικρή επιβάρυνση στον επεξεργαστή του privileged guest του Xen (34%utilization), και σημαντική βελτίωση στους ρυθμούς μεταφοράς (έως 681 MiΒ/sec για μεγάλα μηνύματα).