无服务器计算的网络启动时间优化

作     者：王文涛 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈果;张蔚

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：无服务器计算 Overlay网络 VXLAN隧道端点 虚拟网卡 暂停容器池管理者 

摘      要：伴随着云计算的发展,近年来越来越多的开发者开始使用无服务器计算来完成一些应用程序的功能。与此同时,伴随着无服务器计算的发展,开发者通过编写相应的事件驱动的函数,然后上传到相应的云平台。并且提供商可以根据到来的请求数量灵活的变化调用函数的数量,从而来符合时间触发的需求。然而当这些任务以秒级执行时,启动以及配置他们依赖的虚拟网络是一个主要瓶颈,它大概占据80%整个的启动时间。 为了能够在网络层面有所优化,本篇论文对Overlay网络进行相应的研究。在本文中使用了Docker Swarm、Weave以及Linux Overlay这3个著名的Overlay网络来描述网络冷启动问题的重要性。网络冷启动指的是相同结点内部或者不同结点之间的容器之间建立连接,并相互通信所需要消耗的时间。该文集中于端到端的启动时间,它包括启动一组容器以及互连它们的时间。在对传来的请求能够快速响应的无服务器环境中,该文主要的发现是针对无服务器网络存在的Overlay方法扩展性差。因为Overlay网络扩展性差,它导致了网络启动时间比较长。为了解决这个问题,该文提出了PartFast,一个设计方案是针对多节点的无服务器Ov erlay网络,它会优化网络的创建不会影响多租户,普遍性,或者吞吐率。文本的主要工作如下: (1)提出了将虚拟网卡创建在VXLAN Tunnel Endpoint(VTEP)的网络命名空间的设计方式。本文通过分析得知网络启动这部分虚拟网卡的移动是比较耗时。利用减少网卡移动次数,本文设计了将虚拟网卡创建在VTEP网络命名空间中。相比于传统的将虚拟网卡创建在主机网络命名空间中,PartFast针对每个租户减少了一次虚拟网卡的移动次数,从而在一定程度上加速了网络启动。 (2)设计暂停容器池。PartFast针对容器的创建、启动比较耗时设计了暂停容器池。针对每个租户同时传来的大量请求,PartFast会从暂停容器池中取一定数量的容器到相应租户的网络命名空间上。PartFast的这种设计旁路了比较耗时的网络创建、网络连接。PartFast通过创建一定量暂停容器池的开销,解决了容器重复创建以及启动的开销。 (3)完成了PartFast的原型系统实现与实验评估。本文在Linux系统上实现了PartFast方案,包括虚拟网卡的创建和暂停容器池的创建。以及Linux系统和小型实验床验证了PartFast的方案。此外,本文测量评估了PartFast在不同场景下的性能并与最新的相关工作进行比较。实验结果表明,将PartFast整合进突增并行的视频处理流水线,相比于存在的Overlay方案,它减少了应用的运行时间2.6-3.2倍。