V4vsockets: Μηχανισμός Αποδοτικής Ενδο-επικοινωνίας Εικονικών Μηχανών Χαμηλής Επιβάρυνσης

Abstract

Στις μέρες μας, οι υποδομές Cloud Computing προσφέρουν μεγάλη ευελιξία και απομόνωση για την εκτέλεση ενός μεγάλου πλήθους εφαρμογών και υπηρεσιών. Οι υποδομές αυτές αποτελούνται κατά κανόνα από συστοιχίες υπολογιστών (clusters), με πολυπύρηνους επεξεργαστές, στις οποίες αναπτύσσεται ένα περιβάλλον εικονικών μηχανών, το οποίο αναλαμβάνει την ασφάλεια, απομόνωση και τον κατάλληλο διαμοιρασμό των πόρων στις διάφορες υπηρεσίες. Οι συστοιχίες αυτές προσφέρουν πολύ μεγάλη επεξεργαστική ισχύ, γεγονός που τις καθιστά ιδανικές για πληθώρα εφαρμογών που απαιτούν υπολογιστική ισχύ (High Performance Computing applications). Ω\-στόσο ένα από τα σοβαρότερα προβλήματα εκτέλεσης εφαρμογών υψηλής επίδοσης σε εικονικά περιβάλλοντα είναι το κόστος της επικοινωνίας. Έχουν γίνει πολλές προσπάθειες ώστε να ενισχυθεί η απομόνωση μεταξύ των εικονικών μηχχανών που φιλοξενούνται στο ίδιο φυσικό μηχάνημα (co-resident VMs). Η απομόνωση είναι πολύ σημαντική παράμετρος από την σκοπιά της ασφάλειας αλλά πολλές φορές επιτυγχάνεται σε βάρος της απόδοσης. Η απομόνωση είναι πολύ σημαντική παράμετρος από την σκοπιά της ασφάλειας αλλά πολλές φορές επιτυγχάνεται σε βάρος της απόδοσης. Στην περίπτωση όπου εικονικές μηχανές που φιλοξενούνται στο ίδιο φυσικό μηχάνημα χρειάζεται να επικοινωνήσουν, η ισχυρή απομόνωση προκαλεί επιβραδύνει την επικοινωνία. Οι Cloud providers δε δίνουν τη δυνατότητα στους χρήστες να επιλέγουν τη φυσική τοποθεσία εκτέλεσης των εικονικών μηχανών τους, με αποτέλεσμα κάποιες από αυτές να συνυπάρχουν στο ίδιο φυσικό μηχάνημα. Έτσι, αν δεν υπάρχει πρόβλεψη για αυτήν την περίπτωση, η επικοινωνία μεταξύ εικονικών μηχανών που βρίσκονται στο ίδιο μηχάνημα δε γίνεται βέλτιστα. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και αποτίμηση μεθόδων επικοινωνίας εικονικών μηχανών που συνυπάρχουν στο ίδιο φυσικό μηχάνημα χωρίς την αλλαγή της προγραμματιστικής διεπαφής. Συγκεκριμένα μελετάται ένας νέος μηχανισμός επικοινωνίας εικονικών μηχανημάτων (virtual machines - VMs) που βρίσκονται στο ίδιο φυσικό μηχάνημα. O μηχανισμός λέγεται V4V (virtual for virtual) και το εικονικό περιβάλλον δημιουργείται από τον ελεγκτή εικονικών μηχανών Xen. Χτίζουμε πάνω σε αυτόν τον μηχανισμό και δημιουργούμε το V4Vsockets ένα πλαίσιο το οποίο είναι συμβατό με την προγραμματιστική διεπαφή Socket αλλά παρακάμπτει τα επίπεδα του πρωτοκόλλου TCP/IP. Μετράμε την επίδοση τόσο του V4Vsockets όσο και την επίδοση του κλασσικού τρόπου επικοινωνίας που προσφέρει το Xen και τα αποτελέσματα δείχνουν ταχύτερη μεταφορά δεδομένων για το V4Vsockets.