Kylin中虚拟服务器系统研究与实现

论文摘要

当今网络服务需要更高的吞吐率、更好的交互性、更高的安全性,这要求服务平台具有更强的处理能力和更高的可用性。当前,大多数的解决方案通过利用若干服务器和前端硬件调度器组建一个虚拟服务器系统来满足大型应用的要求。由于硬件调度器一般采用NAT技术,请求报文和响应报文都通过调度器分发,这样随着虚拟服务器系统规模的增加,前端调度器将成为系统的瓶颈。虽然也有少部分硬件调度器实现了请求报文和响应报文路线的分离,但是这种设备非常昂贵。为了解决由硬件调度器构建的虚拟服务器系统成本过高和性能瓶颈问题,本文探讨了如何通过软件方法构建高性能、高可伸缩、高可用的虚拟服务器系统,以满足大型的网络服务需求的问题,论文首先分析了国际上流行的虚拟服务器系统的优缺点;剖析了Linux虚拟服务器系统的体系结构;介绍了IPVS调度器的工作原理和实现的关键技术。然后,本文分析并实现了Kylin操作系统中KVS调度器的四种连接调度策略。通过分析这些调度策略的优缺点和实际性能测试,我们发现这些调度策略不能很好地实现虚拟服务器系统中各服务器间的负载均衡。所以,本文提出了一种自适应负载反馈调度策略,后端服务器自适应地将自身负载反馈给前端调度服务器,前端调度器根据反馈回来的负载信息来调整服务器的权值,从而有效地解决了服务器间负载不均衡问题。另外,为了提高虚拟服务器系统中调度器的吞吐率,我们分别基于IP隧道技术和直接路由技术设计并实现了TUNNEL和DR请求报文分发方法,在最大程度上减少了报文分发处理流程,加快了报文分发速度,提高了调度器的吞吐率。最后,本文通过分析Kylin的网络实现和Pocket Filter框架,结合调度策略和报文分发技术,在Kylin中实现了一个内核级的虚拟服务器系统的前端调度器KVS,介绍了调度器的工作原理和设计与实现。为了检验Kylin虚拟服务器系统的性能,我们利用相同的后端服务器分别采用KVS调度软件和Linux中的IPVS调度软件构建了两个虚拟服务器系统,并进行性能对比测试。测试结果显示两者性能相当,两个调度软件都表现出了同样的高性能。Kylin虚拟服务器系统目前已经用于解决大型服务应用,并取得了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 虚拟服务器系统的关键优势
• 1.1.2 课题难点及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 基于DNS 解析的虚拟服务器系统
• 1.2.2 基于应用层调度的虚拟服务器系统
• 1.2.3 基于IP 层调度的虚拟服务器系统
• 1.3 课题研究的内容和完成的工作
• 1.4 论文的组织
• 第二章 Linux 虚拟服务器系统
• 2.1 系统体系结构
• 2.2 IPVS 实现分析
• 2.2.1 Netfilter 框架介绍
• 2.2.2 IPVS 工作原理
• 2.2.3 IPVS 实现关键技术介绍
• 2.3 本章小结
• 第三章 KVS 的调度实现
• 3.1 KVS 中调度策略实现
• 3.1.1 连接调度策略实现
• 3.1.2 自适应负载反馈调度策略的实现
• 3.2 KVS 中报文分发实现
• 3.2.1 TUNNEL 报文分发实现
• 3.2.2 DR 报文分发实现
• 3.2.3 两种方法对比分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 KVS 总体设计与实现
• 4.1 Kylin 的网络实现分析
• 4.1.1 网络设备接口层
• 4.1.2 网络接口核心层
• 4.1.3 网络协议层
• 4.2 Pocket Filter 框架介绍
• 4.2.1 Pocket Filter 工作原理
• 4.2.2 Pocket Filter 实现分析
• 4.3 KVS 总体结构与实现
• 4.3.1 KVS 总体结构
• 4.3.2 系统设计实现
• 4.3.3 KVS 实现的相关问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 Kylin 虚拟服务器系统性能评测
• 5.1 测试环境
• 5.1.1 硬件配置
• 5.1.2 软件配置
• 5.2 性能评测
• 5.2.1 虚拟服务器系统性能比较
• 5.2.2 调度策略性能比较分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果