[发明专利]一种针对虚拟网络功能的自适应计算资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算资源分配领域，尤其涉及一种针对虚拟网络功能的自适应计算资源分配方法。

背景技术

网络中间盒(middlebox)在当今的网络架构中扮演十分重要的角色，提供各种各样的功能，包括：数据包转发、流量整形、安全检查、隐私保护、性能提升等。但同时，它也存在着不少缺陷，比如：购买费用高、管理不便、可扩展性差、难以直接部署新服务等。为了解决这些问题，网络功能虚拟化(NFV，Network Function Virtualization)被提出。

NFV的主要思想是利用虚拟化技术，将传统的基于硬件的、专用的网络中间盒以软件方式来实作，运行在通用计算平台上(如通用服务器)，而不再局限于硬件架构。这些基于软件实现的网络中间盒称为虚拟网络功能(VNF,Virtual Network Function)。网络流量常常要经过多个网络中间盒，因此在NFV平台中，网络服务的提供是通过串联多个VNF来构成服务链(service chain)。VNF的性能问题是NFV的挑战之一，当前的趋势是借助快速包处理框架(如DPDK)来提升性能，其特点是利用采用轮询模式驱动(poll mode driver)，利用轮询来避免中断处理的开销。

在NFV架构中，有一个虚拟化层负责将物理资源抽象成虚拟资源。虚拟资源通常以虚拟机(VM，Virtual Machine)的形式呈现给上层，并由KVM、XEN等虚拟机监控器(VMM，Virtual Machine Monitor)进行管理。VNF被部署在VM中，由VMM负责提供各种虚拟资源。其中，虚拟计算资源的提供与分配由VMM调度器完成。但是，VMM调度器是为普通虚拟机设计的，其资源分配策略是公平分配，不能很好地适用于VNF。

注意到VNF的工作是由进入它的数据包(ingress packets)来触发的，我们可以知道，VNF的计算资源需求由两个主要因素决定：一是入包速率，二是该VNF的类型。因此，对于一个服务链来说，它的各个VNF的计算资源需求很有可能是不同的。然而，现有的VMM调度器在分配计算资源时将公平性放在第一位，这样的公平分配可能会造成某些VNF的资源短缺、某些VNF的资源过剩，从而影响服务链的整体性能。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种针对虚拟网络功能的自适应计算资源分配方法，基于VNF的实际需求来分配计算资源，消除公平分配所造成的性能瓶颈。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种针对虚拟网络功能的自适应计算资源分配方法，基于VNF的实际需求来分配计算资源，消除公平分配所造成的性能瓶颈。

为实现上述目的，本发明提供了一种针对虚拟网络功能的自适应计算资源分配方法，包括以下两个步骤：

步骤一、预测VNF实时计算资源需求；

步骤二、基于VNF的资源需求，重新分配计算资源。

进一步地，步骤一具体包括：

步骤1.1、离线分析不同类型的VNF，得到计算资源需求量和入包速率之间的参数关系；

步骤1.2、在线监控每个VNF的网络流量信息，结合步骤1.1中的参数，预测VNF的计算资源需求量。

进一步地，计算资源分配方法包括直接分配法和增量分配法。

进一步地，步骤二采用增量分配法的具体步骤包括：

步骤2.1、统计每个VNF的计算资源实际使用量，然后计算每个VNF的计算资源实际使用量和计算资源需求量之间的差值，找到差值最小的VNF；

步骤2.2、修改差值最小的VNF对应的vCPU线程的优先级，给差值最小的VNF增加计算资源供应量，消除性能瓶颈。

进一步地，直接分配法具体为：计算各个VNF的计算资源需求的比例，将系统的总计算资源按照比例向VNF进行分配。

进一步地，自适应计算资源分配方法使用SMP VM和多队列网卡。

进一步地，不对VMM调度器的底层逻辑进行修改，借助VMM调度器所提供的任务优先级机制实现不均衡计算资源分配。

进一步地，通过调节底层vCPU线程的优先级，使得任务获得更多或更少的计算资源，实现为上层VNF分配不同数量的计算资源。

技术效果