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高性能容器Overlay网络的建连加速研究

高性能容器Overlay网络的建连加速研究

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作者：林福生湖南大学

学位级别：硕士

当前云数据中心的应用程序通常使用多个容器进行部署,各个容器之间相互通信共同协作,容器覆盖网络(Container Overlay Network)是为这些容器提供网络连接的常用方法。然而,现有基于隧道技术的容器覆盖网络会造成很大的性能开销,因为每... 详细信息

当前云数据中心的应用程序通常使用多个容器进行部署,各个容器之间相互通信共同协作,容器覆盖网络(Container Overlay Network)是为这些容器提供网络连接的常用方法。然而,现有基于隧道技术的容器覆盖网络会造成很大的性能开销,因为每个数据包都需要进行额外的隧道封装。当前已有研究工作通过操作网络套接字,使得容器可以直接使用主机操作系统的套接字,从而使得网络通信流量可以绕过Overlay网络协议栈的封装,进而提升了容器Overlay网络数据传输的性能。然而其以牺牲建连时间为代价,这会对云数据中心中许多需要快速建连的应用造成一定的性能影响。针对以上问题,本文就如何提升容器Overlay网络的性能,特别是建连部分进行了相关研究,本文的主要工作如下:(1)分析了现有容器Overlay网络存在的性能瓶颈并通过实验进行了评估。本文分析了基于隧道技术的容器Overlay网络传输效率不高的原因;并且分析了当前较前沿的容器Overlay网络Slim存在的性能问题,即建连开销大,同时本文也对建连开销大对应用性能的影响进行了实验评估。(2)提出了高性能容器Overlay网络解决方案SlimFast。SlimFast能够为容器提供一种高效的网络数据传输机制并且能够进行快速建连。相比基于隧道技术的容器Overlay网络,SlimFast的数据传输效率更高;并且SlimFast通过本地查表的方式避免了建连时额外的通信而带来的时间开销,能够达到更快的建连速度。(3)完成了高性能容器Overlay网络SlimFast的方案设计并基于Linux操作系统进行了代码实现,SlimFast可以灵活地动态链接到容器应用程序中而不需要修改任何应用程序代码。(4)本文对SlimFast的性能进行了详尽的评估。本文评估了SlimFast的建连时间开销和数据传输时的CPU使用率等性能指标,并在两个真实的应用程序Nginx和Memcached上进行了应用性能评估。实验结果表明,SlimFast分别能够提升Nginx应用和Memcached应用0.9倍和2.2倍的性能。现有容器Overlay网络技术并不能很好地满足云数据中心容器应用的通信性能要求。本文提出的容器Overlay网络方案SlimFast在保证高效数据传输的同时提供了一种快速建连机制,能够更好地满足容器应用对通信性能的要求。

关键词：容器容器覆盖网络容器通信快速建连

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