本發(fā)明屬于KVM虛擬化領(lǐng)域，具體涉及一種KVM的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

KVM是目前較為常用的一種虛擬化實現(xiàn)方案，而KVM在同時運行的虛擬機數(shù)目達到較高數(shù)目時，其網(wǎng)絡(luò)瓶頸往往成為制約其性能的關(guān)鍵，為了提升網(wǎng)絡(luò)性能，單純的更換千兆網(wǎng)卡為萬兆網(wǎng)卡往往不能得到希望的結(jié)果。

在使用萬兆網(wǎng)卡作為KVM的網(wǎng)絡(luò)通信手段下，如何更好的提升系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，減少系統(tǒng)的資源占用是急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種KVM的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法，KVM虛擬機系統(tǒng)將物理網(wǎng)卡虛擬成多個虛擬網(wǎng)卡，虛擬機管理器將每個虛擬網(wǎng)卡配置給虛擬機，包括如下步驟：

S1. KVM虛擬機系統(tǒng)通過第一CPU檢測虛擬機數(shù)目；

S2.當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1小于設(shè)定閾值M時，回到步驟S1；

S3.當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1大于等于設(shè)定閾值M時，第一CPU判定所需虛擬網(wǎng)卡數(shù)目為N1；

S4.第一CPU將物理網(wǎng)卡配置為N1個虛擬網(wǎng)卡；

S5.虛擬機管理器采用intel VT-d技術(shù)通過軟件為每個虛擬機添加指定的虛擬網(wǎng)卡。

進一步地，步驟S5之后還包括如下步驟：

S6. KVM虛擬機系統(tǒng)通過第一CPU檢測虛擬機數(shù)目M1是否發(fā)生變化；

S7.當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1不變時，回到步驟S6；

S8.當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1發(fā)生變化時，若虛擬機數(shù)目M1小于設(shè)定閾值M，第一CPU結(jié)束物理網(wǎng)卡的虛擬配置，回到步驟S1；

S9.若虛擬機數(shù)目M1大于等于設(shè)定閾值M，回到步驟S3。

進一步地，所述步驟S4中第一CPU采用SR-IOV技術(shù)將物理網(wǎng)卡配置為N1個虛擬網(wǎng)卡，具體步驟如下：

S41，在BIOS中打開VT-d技術(shù)和SR-IOV；

S42，編輯grub啟動菜單：打開輸入輸出內(nèi)存管理單元，指定IO調(diào)度器，解除每個虛擬網(wǎng)卡的內(nèi)存限制和輸入輸出控制的限制；

S43，設(shè)置Linux內(nèi)核參數(shù)：設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)的進程最小運行時間，設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)的進程被喚醒后最小運行時間的基數(shù)，設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)一個運行隊列所有進程運行一次的周期；

S44，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件，設(shè)置虛擬功能數(shù)等于虛擬網(wǎng)卡數(shù)目N1，同時禁用虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動程序。

進一步地，所述步驟S8中結(jié)束物理網(wǎng)卡的虛擬配置的具體步驟如下：

S81，在BIOS中關(guān)閉VT-d技術(shù)和SR-IOV；

S82，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件，設(shè)置虛擬功能數(shù)等于0。

進一步地，

所述步驟S42中指定deadline為默認的IO調(diào)度器，通過Cgroup解除每個虛擬網(wǎng)卡的內(nèi)存限制和輸入輸出控制的限制；

所述步驟S43中KVM虛擬機系統(tǒng)的進程最小運行時間設(shè)置為4000000ns， KVM虛擬機系統(tǒng)的進程被喚醒后最小運行的時間的基數(shù)設(shè)置為4000000ns， KVM虛擬機系統(tǒng)一個運行隊列所有進程運行一次的周期設(shè)置為32000000ns；

所述步驟S44中，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件為ixgbe.conf，同時禁用虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動程序為ixgbevf。

進一步地，所述KVM虛擬機系統(tǒng)運行在多核服務(wù)器上，第一CPU處于忙碌狀態(tài)時，其他空閑CPU檢測虛擬機數(shù)目。

進一步地，步驟S3中所需虛擬網(wǎng)卡數(shù)目N1為虛擬機數(shù)目M1的倍數(shù)。

進一步地，所述物理網(wǎng)卡10G網(wǎng)卡，數(shù)目至少為一個。

進一步地，手動將物理網(wǎng)卡中斷綁定到第二CPU，具體步驟如下：

a1，停止物理網(wǎng)卡中斷與CPU的自動綁定狀態(tài)；

a2，查看物理網(wǎng)卡對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中斷號；

a3，通過網(wǎng)絡(luò)中斷號把對應(yīng)物理網(wǎng)卡綁定到第二CPU。

進一步地，當(dāng)?shù)诙﨏PU處于忙碌狀態(tài)時，手動將物理網(wǎng)卡中斷綁定到其他空閑的一個或多個CPU。

經(jīng)過網(wǎng)卡中斷手動綁定和物理網(wǎng)卡虛擬化之前，有數(shù)據(jù)到達物理網(wǎng)卡，物理網(wǎng)卡產(chǎn)生中斷，中斷隨機分配到某個CPU，CPU響應(yīng)中斷，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序，CPU將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教摂M機管理器，虛擬機管理器將數(shù)據(jù)分配給某個虛擬機處理，數(shù)據(jù)處理完畢，產(chǎn)生中斷關(guān)閉信號給CPU。

經(jīng)過網(wǎng)卡中斷手動綁定和物理網(wǎng)卡虛擬化之后，有數(shù)據(jù)到達物理網(wǎng)卡，物理網(wǎng)卡產(chǎn)生中斷，中斷到達綁定的第二CPU或者其他一個或多個空閑CPU，CPU響應(yīng)中斷，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序，驅(qū)動程序加載完畢，產(chǎn)生關(guān)中斷信號給CPU，物理網(wǎng)卡通過DMA將數(shù)據(jù)從虛擬網(wǎng)卡直接傳到對應(yīng)的虛擬機，而不需要再經(jīng)過虛擬機管理器。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明通過檢測虛擬機數(shù)目確定物理網(wǎng)卡的狀態(tài)，虛擬機數(shù)目較多時，將物理網(wǎng)卡虛擬分配成多個虛擬網(wǎng)卡，為每個虛擬機配置虛擬網(wǎng)卡，實現(xiàn)從虛擬機環(huán)境直接訪問網(wǎng)卡，減少了網(wǎng)卡數(shù)量，簡化了布線，減少了交換機端口，提高網(wǎng)卡的利用率，減少或消除對傳統(tǒng)服務(wù)器的CPU使用以及從物理網(wǎng)卡到虛擬機管理器再到虛擬機之間的數(shù)據(jù)流傳輸時間延遲，可以有效提升KVM下多虛擬機并行運行時系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能；同時手動分配網(wǎng)卡中斷也可以有效減少因為中斷分配造成的系統(tǒng)CPU占用過高問題，可以顯著提升整體系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度。

此外，本發(fā)明設(shè)計原理可靠，結(jié)構(gòu)簡單，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為應(yīng)用本發(fā)明前的網(wǎng)絡(luò)示意圖;

圖3和圖4為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)示意圖;

其中:1、10G網(wǎng)卡；2、第一虛擬網(wǎng)卡；3、第二虛擬網(wǎng)卡；4、第三虛擬網(wǎng)卡；5、第四虛擬網(wǎng)卡；6、第一虛擬機；7、第二虛擬機；8、第三虛擬機；9、第四虛擬機；10、第五虛擬網(wǎng)卡；11、第六虛擬網(wǎng)卡；12、第五虛擬機；13、第六虛擬機；14、第一CPU。

具體實施方式：

為使得本發(fā)明的目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本具體實施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明提供一種KVM的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法，KVM虛擬機系統(tǒng)將物理網(wǎng)卡虛擬成多個虛擬網(wǎng)卡，虛擬機管理器將每個虛擬網(wǎng)卡配置給虛擬機，以虛擬機數(shù)目的設(shè)定閾值取4為例，包括如下步驟：

KVM虛擬機系統(tǒng)通過第一CPU檢測虛擬機數(shù)目；

當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1小于設(shè)定閾值4時，第一CPU繼續(xù)檢測虛擬機數(shù)目；

當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1等于設(shè)定閾值4時，第一CPU判定所需虛擬網(wǎng)卡數(shù)目為4；

第一CPU將物理網(wǎng)卡配置為4個虛擬網(wǎng)卡；第一CPU采用SR-IOV技術(shù)將物理網(wǎng)卡配置為4個虛擬網(wǎng)卡，具體步驟如下：

在BIOS中打開VT-d技術(shù)和SR-IOV；

編輯grub啟動菜單：打開輸入輸出內(nèi)存管理單元，指定deadline為默認的IO調(diào)度器，通過Cgroup解除每個虛擬網(wǎng)卡的內(nèi)存限制和輸入輸出控制的限制；

設(shè)置Linux內(nèi)核參數(shù)：設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)的進程最小運行時間為4000000ns，設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)的進程被喚醒后至少應(yīng)該運行的時間的基數(shù)為4000000ns，設(shè)置KVM虛擬機系統(tǒng)一個運行隊列所有進程運行一次的周期為32000000ns；

加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件ixgbe.conf，添加虛擬功能數(shù)等于虛擬網(wǎng)卡數(shù)目4，禁用虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動程序ixgbevf。

虛擬機管理器采用intel VT-d技術(shù)通過軟件為每個虛擬機添加指定的虛擬網(wǎng)卡；

KVM虛擬機系統(tǒng)通過第一CPU檢測虛擬機數(shù)目M1是否發(fā)生變化；

當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1不變還是4時，繼續(xù)回到前一步檢測虛擬機數(shù)目M1是否發(fā)生變化；

當(dāng)檢測到的虛擬機數(shù)目M1發(fā)生變化時，若虛擬機數(shù)目M1小于設(shè)定閾值4，第一CPU結(jié)束物理網(wǎng)卡的虛擬配置，具體步驟如下：

在BIOS中關(guān)閉VT-d技術(shù)和SR-IOV；

加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件為ixgbe.conf，設(shè)置虛擬功能數(shù)等于0；

繼續(xù)檢測虛擬機數(shù)目；

如圖4所示，若虛擬機數(shù)目M1為6大于設(shè)定閾值4時，第一CPU重新判定所需虛擬網(wǎng)卡數(shù)目為6；

第一CPU將物理網(wǎng)卡配置為6個虛擬網(wǎng)卡；加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序模塊配置文件ixgbe.conf，添加虛擬功能數(shù)等于虛擬網(wǎng)卡數(shù)目6，禁用虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動程序ixgbevf。

虛擬機管理器采用intel VT-d技術(shù)通過軟件為每個虛擬機添加指定的虛擬網(wǎng)卡；

第一CPU繼續(xù)檢測虛擬機數(shù)目M1是否發(fā)生變化。

經(jīng)過網(wǎng)卡中斷手動綁定和物理網(wǎng)卡虛擬化之前，有數(shù)據(jù)到達10G網(wǎng)卡1，10G網(wǎng)卡1產(chǎn)生中斷，中斷隨機分配到某個CPU，CPU響應(yīng)中斷，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序，CPU將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教摂M機管理器，虛擬機管理器將數(shù)據(jù)分配給某個虛擬機處理，數(shù)據(jù)處理完畢，產(chǎn)生中斷關(guān)閉信號給CPU。

經(jīng)過網(wǎng)卡中斷手動綁定和物理網(wǎng)卡虛擬化之后，有數(shù)據(jù)到達10G網(wǎng)卡1，10G網(wǎng)卡1產(chǎn)生中斷，中斷到達綁定的第二CPU，第二CPU響應(yīng)中斷，加載物理網(wǎng)卡驅(qū)動程序，驅(qū)動程序加載完畢，產(chǎn)生關(guān)中斷信號給第二CPU，10G網(wǎng)卡1通過DMA將數(shù)據(jù)從虛擬網(wǎng)卡直接傳到對應(yīng)的虛擬機，而不需要再經(jīng)過虛擬機管理器；第二CPU處于忙碌狀態(tài)時，手動將物理網(wǎng)卡中斷綁定到其他空閑的一個或多個CPU。

Kernel-based Virtual Machine的簡稱，是一個開源的系統(tǒng)虛擬化模塊，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各個主要發(fā)行版本中。

SR-IOV 技術(shù)是一種基于硬件的虛擬化解決方案，可提高性能和可伸縮性。SR-IOV 標準允許在虛擬機之間高效共享 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，快速外設(shè)組件互連）設(shè)備，并且它是在硬件中實現(xiàn)的，可以獲得能夠與本機性能媲美的 I/O 性能。SR-IOV 規(guī)范定義了新的標準，根據(jù)該標準，創(chuàng)建的新設(shè)備可允許將虛擬機直接連接到 I/O 設(shè)備。

英特爾VT具體包括分別針對處理器、芯片組、網(wǎng)絡(luò)的VT-X、VT-D和VT-C技術(shù)。intel VT-d是英特爾支持直接 I/O 訪問的 VT虛擬化技術(shù)。

BIOS是英文"Basic Input Output System"的縮略詞，直譯過來后中文名稱就是"基本輸入輸出系統(tǒng)"。

GNU GRUB（GRand Unified Bootloader簡稱“GRUB”）是一個來自GNU項目的多操作系統(tǒng)啟動程序。GRUB是多啟動規(guī)范的實現(xiàn)，它允許用戶可以在計算機內(nèi)同時擁有多個操作系統(tǒng)，并在計算機啟動時選擇希望運行的操作系統(tǒng)。GRUB可用于選擇操作系統(tǒng)分區(qū)上的不同內(nèi)核，也可用于向這些內(nèi)核傳遞啟動參數(shù)。

Linux內(nèi)核2.6開始引入了全新的IO調(diào)度子系統(tǒng)。Linux內(nèi)核提供了CFQ(默認), deadline和noop三種IO調(diào)度器。deadline調(diào)度算法主要針對I/O請求的延時而設(shè)計，每個I/O請求都被附加一個最后執(zhí)行期限。該算法維護兩類隊列，一是按照扇區(qū)排序的讀寫請求隊列；二是按照過期時間排序的讀寫請求隊列。如果當(dāng)前沒有I/O請求過期，則會按照扇區(qū)順序執(zhí)行I/O請求；如果發(fā)現(xiàn)過期的I/O請求，則會處理按照過期時間排序的隊列，直到所有過期請求都被發(fā)射為止。在處理請求時，該算法會優(yōu)先考慮讀請求。 當(dāng)系統(tǒng)中存在的I/O請求進程數(shù)量比較少時，與CFQ算法相比，deadline算法可以提供較高的I/O吞吐率。

Cgroup 是control group的簡稱，它為Linux內(nèi)核提供了一種任務(wù)聚集和劃分的機制，通過一組參數(shù)集合將一些任務(wù)組織成一個或多個子系統(tǒng)。

ixgbe.conf是適用于 10 千兆位英特爾網(wǎng)絡(luò)連接基礎(chǔ)驅(qū)動程序 。

ixgbevf是虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動程序。

DMA(Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取) 是所有現(xiàn)代電腦的重要特色，它允許不同速度的硬件裝置來溝通，而不需要依賴于 CPU 的大量中斷負載。

上述實施例是說明性的，而非限定性的，上述實施例只是幫助理解本發(fā)明，因此本發(fā)明不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他的具體實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。