Virtualizace I/O operací v oblasti počítačových sítí

Abstract

Existuje veľa rôznych dôvodov pre spoločnosti a organizácie, prečo by mali investovať do virtualizácie. Asi najväčší dôvod je finančná motivácia, pretože nasadenie virtualizácie môže ušetriť nemálo peňazí. Táto práca sa zaoberá práve problémom virtualizácie I/O operácií v sieťovom prostredí. Cieľom práce je tvorba softvérových ovládačov pre I/O virtualizáciu, ktoré by mohli pracovať s hardvérovo akcelerovanými sieťovými kartami. Hlavným prínosom ovládačov by mala byť použiteľnosť a čo najmenšia strata prenosového výkonu vo virtualizovanom prostredí. Pred popisom finálnych detailov ovládačov je však potrebné uviesť potrebné teoretické základy. Teoretická časť sa zaoberá súčasnými trendami vo virtualizácii I/O, technológiami ako sú virtio, vhost, SR-IOV, VFIO a mdev. V praktickej časti sú navrhuté dva spôsoby riešenia problému. Prvým je použitie technológie virtio (emulácia softvéru). Druhé je založené na technológii VFIO-mdev (hybridná paravirtualizácia). Pokiaľ sa jedná o výkon a konfigurovateľnosť zariadení, oba prístupy majú rôzne benefity. Tieto riešenia majú aj svoje nevýhody, ako je zložitosť riešenia a náročnosť integrácie do systému. Požadované ciele boli úspešne dosiahnuté vo forme prototypu ovládača nfb_mdev.There are many different reasons for companies and organizations to invest in virtualization today, but it is probably safe to assume that financial motivation is number one on the list. Virtualization can save a lot of money. This thesis deals with the problem of I/O virtualization in the network environment in order to keep pace with this trend. The ultimate goal of this thesis is to develop working I/O virtualization software drivers that operate with FPGA-accelerated cards, thus enhancing their potential even more and saving the operational costs of big data centers. Their main benefits should be re-usability (flexibility) in a virtualized environment with the smallest possible performance loss. The theoretical part deals with current trends in I/O virtualization, technologies such as virtio, vhost, SR-IOV, VFIO and mediated devices. The practical part of this thesis suggests two ways of addressing this problematic. The first is to use software-emulation virtio technology. The second is based on the hybrid paravirtualization VFIO-mdev technology. Both approaches have different benefits in terms of performance and device manageability. Each solution's use case has its own drawback, like the complexity of the solution and the problematic integration into the system. The desired goals were achieved and manifested in the final form of the prototype driver nfb_mdev.