服务器的硬件资源池化技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 谢定 |
| 答辩日期 | 2017-05-27 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 杨晓君 |
| 关键词 | Pcie 交换器 虚拟化 池化技术 传统功能 虚拟功能 |
| 学位专业 | 其它专业 |
| 英文摘要 | 伴随着云计算、大数据、神经网络等领域的快速发展,传统服务器的架构已不能满足 多变的应用场景需求。其中,配置成本高、灵活性低、资源利用率低以及先进的硬件资源 无法妥善利用等问题尤其突出,在某种程度上,这些问题成为制约服务器发展的瓶颈。针 对这一现状,具备高密度、低耦合、高可拓展性和低功耗等特点的设计架构将是未来服务 器的发展方向。 本文研究基于 PCIe 协议的硬件资源共享技术,在 PCIe Switch MR-IOV 技术的基础上, 提出基于 PCIe Switch 的 traditional function 和 virtual function 粒度的服务器硬件资源池化 技术,实现服务器的硬件资源,即计算资源(FPGA)、存储资源(NVMe 存储)和网络资 源(支持 SR-IOV 虚拟化网卡)的池化。 本文围绕 PCIe 协议下服务器中 I/O 资源池化架构的实现机制和方法展开研究,主要工 作和贡献包括: 1. 提出并实现了一种基于 PCIe Switch 的云服务器硬件 I/O 资源池化系统架构。通过 MR-IOV 和 SR-IOV 技术,能够实现 traditional function 和 virtual function 粒度的 I/O 资源 池化,能够满足云服务器中通用 I/O 资源的按需分配; 2. 研究并实现了一种基于 PCIe Switch 选取 FPGA 作为计算部件的云服务器计算 I/O 资源池化方法。通过PCIe Switch的MR-IOV技术和FPGA的加速计算技术,能够实现计 算资源的 traditional function 和 virtual function 粒度的 I/O 资源池化,能够满足云服务器中 计算资源的按需分配和加速; 3. 研究并实现了一种基于 PCIe Switch 选取 NVMe 作为存储部件的云服务器存储 I/O 资源池化方法。通过 PCIe Switch 的 MR-IOV 技术和 NVMe PCIe 存储技术,能够实现存储 资源的 traditional function 和 virtual function 粒度的 I/O 资源池化,能够满足存储资源的弹 性分配和故障迁移,提高存储的可扩展性; 4. 研究并实现了一种基于 PCIe Switch 选取 Intel X540 网卡作为网络部件的云服务器 网络 I/O 资源池化方法。通过 PCIe Switch 的 MR-IOV 技术和网卡的 SR-IOV 技术,能够实 现网络资源的 traditional function 和 virtual function 粒度的 I/O 资源池化,能够满足单一物 理网卡可虚拟化后被服务器中多节点共享和按需分配。 本文对实现的基于 PCIe Switch 的云服务器硬件 I/O 资源池化架构原型系统,在共享硬 件资源架构下,分别进行了计算、存储、网络资源的单项测试和服务器整机应用测试。通 过在处理器和 FPGA 间调度运行图片分类算法,证明了计算资源分配的有效性。通过存储 测试工具对池化的 NVMe 存储进行测试,延迟最低平均 11us,单盘 IOPS 最高 32 万,证 明存储资源池化可用性。通过在池化的 NVMe 存储中部署 PostgreSQL 数据库,使用 pgBench 测试数据库性能,数据库处理能力较高,对比部署在 SSD 中性能提高 2-6 倍,证明池化开销小且不影响性能。通过虚拟机绑定 VF 网卡进行配置,运行网络性能测试程序进行测试, VF 网卡性能利用率达到理论带宽的 85.7%,相比网卡软件虚拟化方式性能利用率高。此 外,在整机系统中使用 NVMe 存储和共享 VF 网卡绑定虚拟机,成功部署虚拟机 Hadoop 集群,验证服务器的硬件资源池化后计算平台的通用性。 |
| 学科主题 | 计算机系统设计 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2017-07-10 |
| 源URL | [http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/2771]  |
| 专题 | 中国科学院计算技术研究所学位论文_2017硕士 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 谢定. 服务器的硬件资源池化技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：计算技术研究所
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