數(shù)據(jù)中心是支持當(dāng)今世界各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施,面臨硬件和應(yīng)用兩方面的挑戰(zhàn)。硬件方面,通用處理器的性能提升逐漸放緩;應(yīng)用方面,大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)算力的需求與日俱增。不同于容易并行的Web服務(wù),大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)需要各計(jì)算節(jié)點(diǎn)間更多的通信,這推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能的快速提高,也對(duì)共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的性能提出了更高的要求。然而,數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施主要使用通用處理器上的軟件處理,其性能落后于快速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、定制化計(jì)算硬件性能,日益成為系統(tǒng)的瓶頸。與此同時(shí),在云化的數(shù)據(jù)中心中,靈活性也是一項(xiàng)重要需求。為了同時(shí)提供高性能和靈活性,近年來(lái),可編程網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)中心被廣泛部署,利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）等定制化硬件加速虛擬網(wǎng)絡(luò)。本文旨在探索基于可編程網(wǎng)卡的高性能數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)�？删幊叹W(wǎng)卡在加速虛擬網(wǎng)絡(luò)之外,還可以加速網(wǎng)絡(luò)功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等。為此,本文用FPGA可編程網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的全棧加速。首先,本文提出用可編程網(wǎng)卡加速云計(jì)算中的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了首個(gè)在商用服務(wù)器中用FPGA加速的高靈活性、高性能網(wǎng)絡(luò)功能處理平臺(tái)ClickNP。為了簡(jiǎn)化FPGA... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：208 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１＿２鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)

本文旨在探索基于可編程網(wǎng)卡的高性能數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。本文提出一個(gè)基于??ＦＰＧＡ可編程網(wǎng)卡，對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全棧加速的系??統(tǒng)。如圖１．３所示，通過(guò)把計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的普通網(wǎng)卡替換為可編程網(wǎng)??卡，本文在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了虛擬網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛擬本地存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)，以??及輕量級(jí)用戶態(tài)運(yùn)行庫(kù)和硬件傳輸協(xié)議相結(jié)合的通信原語(yǔ)，替代了圖１．１中的軟??件虛擬化服務(wù)和操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。本文還基于數(shù)據(jù)面與控制面分離的思想，??實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理，用可編程網(wǎng)??卡提高數(shù)據(jù)面性能，并保留原有軟件控制面的靈活性。??計(jì)算節(jié)點(diǎn)?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)??虛擬機(jī)監(jiān)視器（Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ）?齡調(diào)—????????—洛功能｜－絡(luò)功能??戯ｍｉ?趣機(jī)２?麵帕??丨客戶艦｜丨客戶朗１?｜客戶應(yīng)｜?ＷＫｍｗｍ????Ｉ?１?１?＼?１?＼?存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)??４—鱺．．．．．．．ＩＴ＾Ｉ??ＨＵＭ?■控制面??艦本賴?ｍ????－?？－???＾Ｂｎｉｒ?Ｓｉｓ中心網(wǎng)絡(luò)??圖１．３基于可編程網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)總體架構(gòu)。??首先，本文提出用可編程網(wǎng)卡加速云計(jì)算中的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。提出了首個(gè)??在商用服務(wù)器中用ＦＰＧＡ加速的高靈活性、高性能網(wǎng)絡(luò)功能處理平臺(tái)ＣｌｉｃｋＮＰ。??眾所周知，ＦＰＧＡ編程對(duì)軟件工程師很不友好。為了簡(jiǎn)化ＦＰＧＡ編程，設(shè)計(jì)了類??Ｃ的ＣｌｉｃｋＮＰ語(yǔ)言和模塊化的編程模型

計(jì)算和存儲(chǔ)的解耦不僅大大提高了服務(wù)可用性和數(shù)虛擬化軟件升級(jí)和虛擬機(jī)熱遷移。??與其他公司共享硬件資源，ＩＴ企業(yè)使用云計(jì)算進(jìn)行虛擬化還用硬件基礎(chǔ)設(shè)施，為公司內(nèi)不同類型的服務(wù)提供不同的服務(wù)應(yīng)用戶請(qǐng)求的Ｗｅｂ前端服務(wù)器、在線事務(wù)處理（ＯＬＴＰ）數(shù)據(jù)庫(kù)理（ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ）等通常需要較低的延遲；離線數(shù)據(jù)處理（ＯＬＡ布式機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練等需要訪問(wèn)海量數(shù)據(jù)，進(jìn)行大量計(jì)算，需要延遲和高吞吐量某種程度上是互相矛盾的？，因此需要將計(jì)源切片（ｓｌｉｃｉｎｇ），為不同需求的應(yīng)用提供不同的服務(wù)質(zhì)量保ｅ，ＱｏＳ）?〇??１．１節(jié)介紹過(guò)的，云數(shù)據(jù)中心的客戶虛擬機(jī)位于計(jì)算節(jié)點(diǎn)，而務(wù)運(yùn)行于解耦的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。此外，還需要管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)圖２．２所示，數(shù)據(jù)中心通常由計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、管理等節(jié)點(diǎn)連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。??Ｉｎｔｅｒｎｅｔ?‘??


本文編號(hào)：3105062