Αποδοτικός Διαμοιρασμός Πόρων Εισόδου / Εξόδου Σε Περιβάλλοντα Εικονικών Μηχανών

Abstract

Οι υποδομές cloud computing προσφέρουν μεγάλη υπολογιστική ισχύ και φιλοξενούν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών που κυμαίνονται από υπηρεσιοστρεφείς εφαρμογές μέχρι επιστημονικές προσομοιώσεις υψηλών απαιτήσεων. Οι εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων (HPC applications) συνήθως εκτελούνται κατανεμημένα, σε μεγάλο αριθμό κόμβων, με αποτέλεσμα η επικοινωνία μεταξύ των κόμβων να παίζει σημαντικό ρόλο στη συνολική επίδοση. Η εκτέλεσή τους σε εικονικά περιβάλλοντα προϋποθέτει την απαλοιφή των ενδιάμεσων επιπέδων του virtualization που προσδίδουν σημαντική επιβάρυνση τόσο στη ρυθμαπόδοση της επικοινωνίας όσο και στο χαμηλό χρόνο απόκρισης κατά την ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ των κόμβων. Ταυτόχρονα, πρέπει να διατηρούνται τα πλεονεκτήματα του εικονικού περιβάλλοντος, όπως η ευελιξία στην εκτέλεση, το απομονωμένο περιβάλλον καθώς και η ευκολία στη διαχείριση των υποδομών. Οι σύγχρονες μέθοδοι για Είσοδο / Έξοδο σε εικονικά περιβάλλοντα είτε παρουσιάζουν μειωμένη επίδοση στην επικοινωνία, είτε απαιτούν εξειδικευμένο υλικό που πολυπλοκοποιεί τις υποδομές και μειώνει σημαντικά την ευελιξία στη διαχείρισή τους.Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια εκτενής μελέτη των μεθόδων Ε/Ε σε εικονικά περιβάλλοντα με έμφαση στη δικτυακή επικοινωνία. Αρχικά περιγράφουμε τις βασικές αρχές των σύγχρονων δικτύων διασύνδεσης υψηλής επίδοσης. Στη συνέχεια αναλύουμε τα επίπεδα του λειτουργικού συστήματος που λαμβάνουν μέρος στην ανταλλαγή μηνυμάτων και περιγράφουμε με λεπτομέρεια τις επιλογές για Ε/Ε σε πλατφόρμες virtualization. Με βάση τη σχετική βιβλιογραφία, που προτείνει κυρίως λύσεις λογισμικού, σχεδιάζουμε και υλοποιούμε το Xen2MX: ένα δίκτυο διασύνδεσης σχεδιασμένο να παρέχει επικοινωνία υψηλής επίδοσης σε εικονικά περιβάλλοντα. Το Xen2MX είναι πλήρως συμβατό με το Myrinet/MX, χωρίς να απαιτεί την ύπαρξη εξειδικευμένων προσαρμογέων δικτύου. Συνδυάζει τα χαρακτηριστικά διαμοιρασμού μνήμης της πλατφόρμας virtualization Xen, με τεχνικές επικοινωνίας μηδενικών αντιγράφων (zero-copy) για να παρέχει στις εικονικές μηχανές απευθείας πρόσβαση στο δίκτυο με το χαμηλότερο δυνατό χρόνο απόκρισης