本文選題：Xen　切入點(diǎn)：動(dòng)態(tài)管理MAC地址　出處：《吉林大學(xué)》2013年碩士論文

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件的低成本與高性能的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。利用這一優(yōu)勢(shì)，虛擬化技術(shù)已經(jīng)逐漸從單機(jī)虛擬化技術(shù)發(fā)展成適應(yīng)市場(chǎng)需要的分布式虛擬化技術(shù)。分布式虛擬化環(huán)境主要由虛擬集群、虛擬路由、虛擬網(wǎng)絡(luò)和虛擬資源管理器等組成，是并行作業(yè)的主要開(kāi)發(fā)測(cè)試環(huán)境。很多大規(guī)模并行作業(yè)正是有效地利用這些低成本的硬件資源，提高其運(yùn)行效率。同時(shí)，分布式虛擬化技術(shù)也帶動(dòng)了未來(lái)云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的迅速發(fā)展。因此，以虛擬集群為基礎(chǔ)的虛擬網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸成為虛擬化并行計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 現(xiàn)今一些主流的虛擬化管理軟件如Xen、KVM等，它們只支持同一子網(wǎng)內(nèi)虛擬集群的通信，具有一定的局限性。現(xiàn)有一些研究者圍繞分布在不同子網(wǎng)中的虛擬機(jī)間的通信機(jī)制展開(kāi)研究的。但大部分的研究是基于應(yīng)用程序完成虛擬集群的跨域通信，仍然存在一些不足的地方。其中，虛擬集群的通信速率是最不可以接受的。虛擬機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)傳輸，這會(huì)給虛擬機(jī)的通信帶來(lái)新的瓶頸，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的傳輸速率，使虛擬集群的通信性能嚴(yán)重下降，從而使并行作業(yè)的運(yùn)行效率顯著降低，特別是通信密集型的作業(yè)。其中內(nèi)存空間的管理是影響通信性能下降的其中一個(gè)因素。虛擬機(jī)的通信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在過(guò)應(yīng)用層的空間中，這需要應(yīng)用程序申請(qǐng)新的內(nèi)存空間。特別地，虛擬機(jī)在遷移過(guò)程中存在一小段時(shí)間處于停機(jī)狀態(tài)。如果在這段時(shí)間內(nèi)存在很多其他虛擬機(jī)與其通信，那么需要在應(yīng)用層存儲(chǔ)大量丟失的數(shù)據(jù)包。除了內(nèi)存管理，在應(yīng)用層重新建立通信連接也是導(dǎo)致虛擬集群通信性能下降的另一個(gè)重要因素。另外，由于無(wú)法在不同子網(wǎng)間傳輸虛擬機(jī)發(fā)出的ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，所以現(xiàn)有的工作都是靜態(tài)地將虛擬集群的MAC地址填寫(xiě)到ARP緩存，以避免虛擬機(jī)的通信中斷。 本文通過(guò)分析Xen通信機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)的流程，設(shè)計(jì)了基于中間層架構(gòu)的底層通信機(jī)制。通過(guò)維護(hù)關(guān)于上層虛擬集群的路由表，可以找到不在同一子網(wǎng)中的目的虛擬機(jī)的準(zhǔn)確位置。路由表中相關(guān)的位置信息有宿主機(jī)的IP地址，子網(wǎng)號(hào)等。這使得虛擬集群的通信依賴于底層宿主機(jī)間的通信。可見(jiàn)，中間層將虛擬集群與物理集群緊密地連接在一起。除了為虛擬集群提供網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇功能，還要對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址進(jìn)行動(dòng)態(tài)獲取和維護(hù)。主要包括兩方面。第一，虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，本文需要?jiǎng)討B(tài)獲取其MAC地址，并添加到本地主機(jī)以及外部機(jī)器的路由表中。這可以避免廣域網(wǎng)環(huán)境下虛擬集群MAC地址的沖突。從而提高底層通信機(jī)制的靈活性與健壯性。第二，在廣域網(wǎng)環(huán)境下，虛擬機(jī)與不在同一子網(wǎng)中的其他虛擬機(jī)通信時(shí)，無(wú)法將虛擬機(jī)發(fā)出的ARP請(qǐng)求傳輸?shù)侥康奶摂M機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中。本文通過(guò)采取本地主機(jī)偽裝目的虛擬機(jī)的方法來(lái)對(duì)這個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀及時(shí)地做出響應(yīng)，而不需要將數(shù)據(jù)真正地傳播到其他子網(wǎng)中。另外，內(nèi)核級(jí)的在線遷移協(xié)議也是本文的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。它基于本人實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)師兄的工作—分布式異步緩存協(xié)議。將這個(gè)協(xié)議整合到我們給出的內(nèi)核級(jí)虛擬網(wǎng)絡(luò)中，以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)在遷移過(guò)程中，通信速率不受遷移事件影響。 本文成功開(kāi)發(fā)出了一套完整的內(nèi)核級(jí)虛擬網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)提高了虛擬集群的通信速率。并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核級(jí)的在線遷移協(xié)議。它保證了丟失數(shù)據(jù)包有序、公平地注入對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)中�？梢�(jiàn)，內(nèi)核級(jí)虛擬網(wǎng)絡(luò)保證了并行作業(yè)高效率運(yùn)行。
[Abstract]:With the development of computer technology , the advantages of low cost and high performance of computer hardware are becoming more and more prominent . With this advantage , virtualization technology has gradually evolved from the single - machine virtualization technology to the distributed virtualization technology needed by the market . The distributed virtualization environment is mainly composed of virtual cluster , virtual route , virtual network and virtual resource manager .

Some mainstream virtualization management software , such as Xen , KVM , and so on , only support the communication of virtual clusters in the same subnet .

In this paper , by analyzing the Xen communication mechanism and the process of network protocol stack processing data , an underlying communication mechanism based on the middle layer architecture is designed . By maintaining the routing table about the upper layer virtual cluster , it is possible to find the exact location of the destination virtual machine that is not in the same subnet . In addition to providing the network layer routing function for the virtual cluster , the virtual cluster can not be transmitted to the network of the destination virtual machine .

This paper successfully develops a complete set of kernel - level virtual networks . The network improves the communication rate of the virtual cluster . On the basis of this , the kernel - level online migration protocol is realized . It guarantees the ordered and fair injection of lost packets into the corresponding virtual machines . It can be seen that the kernel - level virtual network guarantees the efficient operation of parallel operations .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP302

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本文編號(hào)：1685099