Embed Size (px)
Citation preview
1Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Análise Multiparamétrica Análise Multiparamétrica do do Overhead Overhead de Redede Rede ememMáquinas VirtuaisMáquinas Virtuais
Flávio Urschei1, Éder José Pelegrini2, Márcio Augusto de Lima e Silva1, Edson Toshimi Midorikawa3, Tereza Cristina Melo de Brito Carvalho1
{furschei, carvalho, msilva}@larc.usp.br, {eder.pelegrini,edson.midorikawa}@poli.usp.br
1Laboratório de Arquitetura e Redes de Computadores2Laboratório de Linguagens e Técnicas Adaptativas3Laboratório de Arquitetura e Computação de Alto Desempenho
Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – São Paulo – Brasil
2Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
AgendaIntroduçãoObjetivoMotivaçãoXENExperimentosResultadosConclusões
3Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
IntroduçãoIntroduçãoMonitor de Máquinas Virtuais
(MMV) - camada de software que provê uma interface entre os recursos reais e as máquinas virtuais, fornecendo uma abstração de tais recursos para as mesmas.
MMV virtualiza a CPU, o sistema de gerenciamento de memória e o sistema de entrada/saída (E/S).
Maior overhead de virtualização: operações de E/S, em razão da complexidade dos protocolos de entrada e saída.
4Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Motivação
Barham, P., et al, Xen and the Art of Virtualization
Há poucos artigos que versam especificamente sobre desempenho de rede em máquinas virtuais, principalmente considerando múltiplos parâmetros.
5Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
ObjetivoObjetivoO objetivo deste trabalho é avaliar
a influência do overhead introduzido pela camada de virtualização no desempenho de rede.
Complementar outros trabalhos por meio da análise multiparamétrica do desempenho de rede em ambientes virtualizados.
Os experimentos consideraram ambientes virtualizados pelo XEN.
6Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
XENXENXEN é um monitor de máquinas virtuais
para plataforma x86.Utiliza a abordagem de
paravirtualização.XEN não emula dispositivos de hardware
existentes como é feito nos ambientes com virtualização completa.
Dados de entrada e saída são transferidos para (e de) cada domínio via XEN, por meio de memória compartilhada (shared-memory) e buffer-descriptor rings assíncronos
7Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7XEN – Anéis de XEN – Anéis de DescritoresDescritores
Um anel é uma fila circular de descritores (referente a um bulk data) alocadas por um domínio, mas acessadas internamente ao XEN.
Buffers de dados de E/S são indiretamente referenciados por estes descritores.
Baseado em dois pares de ponteiros produtor-consumidor. Função produtor/consumidor alternam-se entre XEN e o sistema operacional (SO) hóspede.
Uma vez tratado os descritores, os dados são copiados diretamente nos frames de páginas dos respectivos hóspedes/hospedeiro.
Chaveamento de E/S: Hypercall para o Hypervisor.
8Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
XEN - RedeXEN - RedeHá dois anéis, um para transmissão e
outro para recepção.Para transmitir um pacote, o SO
hóspede enfileira um descritor de buffer no anel de transmissão.
O XEN copia o descritor e, por questões de segurança (safety), copia o cabeçalho do pacote e executa eventuais ações de filtragem de pacotes.
O payload do pacote não é copiado.Implementa uma Bridge virtual.
9Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
XENEstrutura de rede virtual
10Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Experimentos (1)Experimentos (1)Métrica utilizada: Vazão da Rede
(Mbps)Fatores:
◦ MTU ◦ Tamanho do Buffer da Aplicação (Message Size) ◦ Tamanho do Buffer de Sistema (Socket Size ou
Window Size)Benchmark: NetperfIntervalo de confiança usado: 95%Dois computadores com igual
configuração ligados diretamente: Pentium D 3 GHz, 2GB de memória RAM, placa de rede gigabit.
11Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Experimentos (2)Experimentos (2)
Avaliar a influência do XEN hypervisor com uma máquina virtual (Xen1) na vazão da rede.
Xen13
Avaliar a influência do kernel modificado (Xen0) na vazão da rede em relação à primeira configuração.
Xen02
Medida de referência para a vazão da rede, em função dos 3 parâmetros considerados.
Linux Nativo
1
ObjetivoMáquina 1
12Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Experimentos (3)Experimentos (3)Para cada uma das configurações
foram variados (2x7x8 medidas):◦MTU: 500 e 1500 bytes.◦Buffer do sistema: 4096, 8192, 16384,
65536, 114688, 131072 e 262144 bytes. ◦Buffer da aplicação: 512, 1024, 2048,
4096, 8192, 32768, 65536 e 1048576 bytes.
Resultados apresentados em termos de eficiência (vazão medida no experimento contra a vazão medida no Linux nativo).
13Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7Eficiência XEN Dom0/MTU Eficiência XEN Dom0/MTU 500500
14Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7Eficiência XEN Dom0/MTU Eficiência XEN Dom0/MTU 15001500
15Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7Eficiência XEN Dom1/MTU Eficiência XEN Dom1/MTU 500500
16Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7Eficiência XEN Dom1/MTU Eficiência XEN Dom1/MTU 15001500
17Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7Vazão Medidas Vazão Medidas (Comparativo)(Comparativo)
0100200300400500600700800900
1000
256 128 112 64 16 8 4
Vazão
(
Mbps)
Buffer de Sistema (KB)
Buffer de Aplicação 1MB - MTU 1500
Linux Xen0 Xen1
18Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Resultados (1)Resultados (1)O overhead de virtualização de rede
depende dos parâmetros de rede utilizados.
A alta eficiência do Xen0 deve-se ao fato de, apesar de utilizar uma estrutura virtual de rede (bridged), não utiliza o mecanismo de virtualização de E/S (anéis de descritores).
O aumento do overhead em função da diminuição do MTU deve-se ao fato de que cada descritor (do anel de descritores), representa uma menor quantidade de dados.
19Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Resultados (2)Resultados (2)Em relação aos buffers:A variação do tamanho do buffer de aplicação
e do buffer de sistema afeta a freqüência de troca de contextos entre o espaço de usuário e do sistema operacional hóspede.
Caso o buffer de sistema não seja múltiplo do MTU, existe queda de desempenho motivado pela existência de pacotes transmitidos (em uma determinada freqüência) menor que 1 MTU.
Por fim, existe uma queda de desempenho motivada pela operação de desfragmentação da fila de envio/recebimento de pacotes. ◦ Tipicamente, as posições da fila têm o espaço de 1
MTU. Entretanto, o Xen aloca um frame de memória – 4k – para pacotes recebidos e transmitidos, resultando em fragmentação interna.
20Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
ConclusõesConclusõesA variação dos parâmetros de rede
influencia no overhead ocasionado pela camada de virtualização.
Determinados valores reduzem o overhead, aproximando o vazão da máquina virtual da vazão da máquina nativa.
Utilizar aplicações que exijam desempenho de rede em máquinas virtual requer um estudo a cerca dos parâmetros a serem usados.
21Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Trabalhos FuturosMonitorar outras variáveis de
sistema, como carga da CPU, número de faltas de página, etc.
Desempenho do protocolo UDPSuporte a virtualização: Intel VT /
AMD-VEstudo do KVM (Kernel Virtual
Machine)
22Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do
Aná
lise
Mul
tipar
amét
rica
do O
verh
ead
Ove
rhea
d de
Red
ede
Red
e emem
M Máq
uina
s Vi
rtua
isáq
uina
s Vi
rtua
isW
SO 2
007
– R
io d
e Ja
neiro
/RJ
– 4
e 5
de ju
lho
de 2
007
WSO
200
7 –
Rio
de
Jane
iro/R
J –
4 e
5 de
julh
o de
200
7
Análise Multiparamétrica Análise Multiparamétrica do do Overhead Overhead de Redede Rede ememMáquinas VirtuaisMáquinas Virtuais
Flávio Urschei1, Éder José Pelegrini2, Márcio Augusto de Lima e Silva1, Edson Toshimi Midorikawa3, Tereza Cristina Melo de Brito Carvalho1
Departamento de Engenharia de Computação e Sistemas Digitais – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – São Paulo – Brasil
Contato: [email protected]
![O UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO - UERJ D … · IEEE Std 738-2006. IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature of Bare Overhead Conductors. Nova York: 2007; [2]](https://img.document.onl/doc/110x75/5e6c0462c8d8ca400a794d06/o-universidade-do-estado-do-rio-de-janeiro-uerj-d-ieee-std-738-2006-ieee-standard.jpg)
