本發(fā)明涉及計算資源分配領域，尤其涉及一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法。
背景技術：
網(wǎng)絡中間盒(middlebox)在當今的網(wǎng)絡架構中扮演十分重要的角色，提供各種各樣的功能，包括：數(shù)據(jù)包轉發(fā)、流量整形、安全檢查、隱私保護、性能提升等。但同時，它也存在著不少缺陷，比如：購買費用高、管理不便、可擴展性差、難以直接部署新服務等。為了解決這些問題，網(wǎng)絡功能虛擬化(nfv，networkfunctionvirtualization)被提出。
nfv的主要思想是利用虛擬化技術，將傳統(tǒng)的基于硬件的、專用的網(wǎng)絡中間盒以軟件方式來實作，運行在通用計算平臺上(如通用服務器)，而不再局限于硬件架構。這些基于軟件實現(xiàn)的網(wǎng)絡中間盒稱為虛擬網(wǎng)絡功能(vnf,virtualnetworkfunction)。網(wǎng)絡流量常常要經(jīng)過多個網(wǎng)絡中間盒，因此在nfv平臺中，網(wǎng)絡服務的提供是通過串聯(lián)多個vnf來構成服務鏈(servicechain)。vnf的性能問題是nfv的挑戰(zhàn)之一，當前的趨勢是借助快速包處理框架(如dpdk)來提升性能，其特點是利用采用輪詢模式驅動(pollmodedriver)，利用輪詢來避免中斷處理的開銷。
在nfv架構中，有一個虛擬化層負責將物理資源抽象成虛擬資源。虛擬資源通常以虛擬機(vm，virtualmachine)的形式呈現(xiàn)給上層，并由kvm、xen等虛擬機監(jiān)控器(vmm，virtualmachinemonitor)進行管理。vnf被部署在vm中，由vmm負責提供各種虛擬資源。其中，虛擬計算資源的提供與分配由vmm調度器完成。但是，vmm調度器是為普通虛擬機設計的，其資源分配策略是公平分配，不能很好地適用于vnf。
注意到vnf的工作是由進入它的數(shù)據(jù)包(ingresspackets)來觸發(fā)的，我們可以知道，vnf的計算資源需求由兩個主要因素決定：一是入包速率，二是該vnf的類型。因此，對于一個服務鏈來說，它的各個vnf的計算資源需求很有可能是不同的。然而，現(xiàn)有的vmm調度器在分配計算資源時將公平性放在第一位，這樣的公平分配可能會造成某些vnf的資源短缺、某些vnf的資源過剩，從而影響服務鏈的整體性能。
因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法，基于vnf的實際需求來分配計算資源，消除公平分配所造成的性能瓶頸。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是開發(fā)一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法，基于vnf的實際需求來分配計算資源，消除公平分配所造成的性能瓶頸。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法，包括以下兩個步驟：
步驟一、預測vnf實時計算資源需求；
步驟二、基于vnf的資源需求，重新分配計算資源。
進一步地，步驟一具體包括：
步驟1.1、離線分析不同類型的vnf，得到計算資源需求量和入包速率之間的參數(shù)關系；
步驟1.2、在線監(jiān)控每個vnf的網(wǎng)絡流量信息，結合步驟1.1中的參數(shù)，預測vnf的計算資源需求量。
進一步地，計算資源分配方法包括直接分配法和增量分配法。
進一步地，步驟二采用增量分配法的具體步驟包括：
步驟2.1、統(tǒng)計每個vnf的計算資源實際使用量，然后計算每個vnf的計算資源實際使用量和計算資源需求量之間的差值，找到差值最小的vnf；
步驟2.2、修改差值最小的vnf對應的vcpu線程的優(yōu)先級，給差值最小的vnf增加計算資源供應量，消除性能瓶頸。
進一步地，直接分配法具體為：計算各個vnf的計算資源需求的比例，將系統(tǒng)的總計算資源按照比例向vnf進行分配。
進一步地，自適應計算資源分配方法使用smpvm和多隊列網(wǎng)卡。
進一步地，不對vmm調度器的底層邏輯進行修改，借助vmm調度器所提供的任務優(yōu)先級機制實現(xiàn)不均衡計算資源分配。
進一步地，通過調節(jié)底層vcpu線程的優(yōu)先級，使得任務獲得更多或更少的計算資源，實現(xiàn)為上層vnf分配不同數(shù)量的計算資源。
技術效果
通過監(jiān)測vnf的網(wǎng)絡流量信息，并結合vnf的類型做離線分析，預測vnf的實時計算資源需求；再基于實際需求為vnf重新分配計算資源，消除傳統(tǒng)公平分配機制所帶來的性能瓶頸。在重新分配計算資源時，既可以采用直接分配法，也可以采用增量分配法，通過設置任務優(yōu)先級為各個vnf分配不同數(shù)量的計算資源，提升網(wǎng)絡服務鏈的整體性能。
以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法的流程示意圖。
具體實施方式
單個vnf可能由多個內部組件構成，每個組件可以部署在一個單獨的vm中。為了便于表述和理解，本發(fā)明中僅考慮最常見的“一對一”部署模型，即一個vnf部署在一個vm中。
考慮到網(wǎng)絡流量是隨時變化的，而vnf對計算資源的需求也隨著網(wǎng)絡流量的變化而變化，本發(fā)明中的vm采用對成多處理器(smp，symmetricmulti-processor)架構。smpvm的一個重要特性是它能夠很好地適應變化的資源需求。當工作負載較低時，smpvm可以和其它vm共享物理核；隨著工作負載的升高，smpvm可以選擇減少共享，甚至讓每個虛擬cpu(vcpu，virtualcpu)獨占一個物理核。
與此同時，為了充分利用vm的多個vcpu，每個vm配備多隊列網(wǎng)卡。接收端擴展(rss，receivesidescaling)技術負責將進入vm的數(shù)據(jù)包均分至各個隊列，然后由每個vcpu負責處理一個單獨的接收/發(fā)送隊列。vm中的vnf借助快速包處理框架和網(wǎng)卡交互，采用輪詢代替中斷，高效地收發(fā)數(shù)據(jù)包。
如圖1所示，本發(fā)明的一較佳實施例提供了一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法，包括以下兩個步驟：
步驟一、預測vnf實時計算資源需求；
步驟1.1、離線分析不同類型的vnf，得到計算資源需求量和入包速率之間的參數(shù)關系；
步驟1.2、在線監(jiān)控每個vnf的網(wǎng)絡流量信息，結合步驟1.1中的參數(shù)，預測vnf的計算資源需求量。
步驟二、基于vnf的資源需求，重新分配計算資源。
其中步驟二中，計算資源分配方法包括直接分配法和增量分配法。
步驟二采用增量分配法的具體步驟包括：
步驟2.1、統(tǒng)計每個vnf的計算資源實際使用量，然后計算每個vnf的計算資源實際使用量和計算資源需求量之間的差值，找到差值最小的vnf；
步驟2.2、修改差值最小的vnf對應的vcpu線程的優(yōu)先級，給差值最小的vnf增加計算資源供應量，消除性能瓶頸。當定位瓶頸vnf之后，適當增加它的計算資源供應量，待系統(tǒng)穩(wěn)定之后再尋找下一個瓶頸，如此循環(huán)往復。
步驟二采用直接分配法具體為：計算各個vnf的計算資源需求的比例，將系統(tǒng)的總計算資源按照比例向vnf進行分配。
本發(fā)明的一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法使用smpvm和多隊列網(wǎng)卡。不對vmm調度器的底層邏輯進行修改，在重新分配計算資源時，往往需要為各個vnf分配不同數(shù)量的計算資源，借助vmm調度器所提供的任務優(yōu)先級機制實現(xiàn)不均衡計算資源分配。任務的優(yōu)先級越高，它所獲得的計算資源就越多。通過調節(jié)底層vcpu線程的優(yōu)先級，使得任務獲得更多或更少的計算資源，實現(xiàn)為上層vnf分配不同數(shù)量的計算資源。
本發(fā)明的一種針對虛擬網(wǎng)絡功能的自適應計算資源分配方法通過監(jiān)測vnf的網(wǎng)絡流量信息，并結合vnf的類型做離線分析，預測vnf的實時計算資源需求；再基于此實際需求為vnf重新分配計算資源，消除傳統(tǒng)公平分配機制所帶來的性能瓶頸。在重新分配計算資源時，既可以采用直接分配法，也可以采用增量分配法，通過設置任務優(yōu)先級為各個vnf分配不同數(shù)量的計算資源，提升網(wǎng)絡服務鏈的整體性能。
以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。