1 引言

根據(jù)Gartner公司的研究報(bào)告,，虛擬化和云計(jì)算（Cloud Computing）是2009年最為熱門(mén)的兩大技術(shù)；根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示,，有超過(guò)50%以上的企業(yè)正在進(jìn)行虛擬化應(yīng)用的測(cè)試,，有20%左右的企業(yè)表示已經(jīng)使用了虛擬化技術(shù)。

通過(guò)對(duì)硬件/軟件接口的虛擬化,，應(yīng)用層業(yè)務(wù)可以不受下面所支撐硬件的限制,，特別重要的是，通過(guò)虛擬化技術(shù),，硬件資源的更換或者升級(jí)對(duì)重要業(yè)務(wù)可以沒(méi)有任何影響,。所以，虛擬化已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心最重要的IT實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一,。本文重點(diǎn)介紹虛擬化技術(shù)的測(cè)試與IXIA相應(yīng)的解決方案,。

2 IXIA虛擬化測(cè)試方案

2.1 虛擬化技術(shù)概述

虛擬的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)可以有效提高硬件的使用效率、減少I(mǎi)T人員的工作量,，還可以降低固定資產(chǎn)投資與運(yùn)營(yíng)成本,。但是虛擬化的軟件同時(shí)也會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)性能造成一定的下降，額外的時(shí)延,、存儲(chǔ)接入訪(fǎng)問(wèn)變慢的問(wèn)題會(huì)影響到用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)量,。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上虛擬軟件層對(duì)性能的影響有多大？在客戶(hù)操作系統(tǒng)和主機(jī)之間的延遲增加了多少,？多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行之間是否對(duì)性能有很大的影響,？這些都需要通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證,。IXIA IxVM就是為滿(mǎn)足下一代數(shù)據(jù)中心虛擬化的測(cè)試要求而推出的2~7層測(cè)試解決方案。

首先要區(qū)分3個(gè)概念,，即多任務(wù),、超線(xiàn)程和虛擬技術(shù)，這3種技術(shù)的工作原理示意參見(jiàn)圖1,。從圖1可以看到，虛擬化技術(shù)（Virtualization）和多任務(wù)（Multitasking）,、超線(xiàn)程技術(shù)（HyperThreading）是完全不同的,。多任務(wù)是指在一個(gè)操作系統(tǒng)中多個(gè)程序同時(shí)并行運(yùn)行，而在虛擬化技術(shù)中,，可以擁有多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行,，每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上,。而超線(xiàn)程只是在SMP系統(tǒng)（Symmetric Multi Processing）中單CPU模擬雙CPU來(lái)平衡程序運(yùn)行性能,，這兩個(gè)模擬出來(lái)的CPU不能分離，只能協(xié)同工作,。

圖1 多任務(wù),、超線(xiàn)程和虛擬化技術(shù)原理比較圖

IxVM虛擬化測(cè)試方案包括5個(gè)方面：

●2~3層測(cè)試：采用無(wú)狀態(tài)的數(shù)據(jù)流量測(cè)試虛擬交換機(jī)VLAN泄露（VLAN Leakage）和QoS等特性。

●4~7層測(cè)試：采用應(yīng)用層有狀態(tài)的TCP流量驗(yàn)證虛擬網(wǎng)絡(luò)的性能,，采用UDP類(lèi)型的流媒體數(shù)據(jù)評(píng)估應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的丟包率與故障恢復(fù)時(shí)間等,。

●存儲(chǔ)測(cè)試：模擬存儲(chǔ)設(shè)備評(píng)估虛擬化系統(tǒng)讀/寫(xiě)磁盤(pán)速度等性能。

●虛擬化：模擬虛擬機(jī)（VM,，Virtual Machine）來(lái)驗(yàn)證VMotion和其他動(dòng)態(tài)資源對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響,。

●測(cè)試管理：在虛擬化的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)上管理超過(guò)上千個(gè)測(cè)試引擎。

2.2 IxChariot虛擬化測(cè)試方案

由于篇幅的限制,，本文主要介紹IxVM IxChariot實(shí)現(xiàn)的一些典型測(cè)試?yán)?，這些測(cè)試?yán)梢栽趥鹘y(tǒng)環(huán)境或者虛擬化環(huán)境中進(jìn)行，可以幫助用戶(hù)快速評(píng)估在虛擬化環(huán)境下不同供應(yīng)商硬件和軟件的性能優(yōu)化情況,。表1列舉了典型的使用IxVM IxChariot進(jìn)行虛擬環(huán)境下業(yè)務(wù)性能測(cè)試的例子,。圖2是典型的虛擬環(huán)境下性能測(cè)試的示意圖，表1所列舉的前5個(gè)測(cè)試?yán)伎梢圆捎迷搱D的測(cè)試環(huán)境,。

圖2 虛擬化環(huán)境下性能測(cè)試示意圖

表1 虛擬化典型性能測(cè)試?yán)斜?br />  

1）TCP吞吐量測(cè)試

最大TCP吞吐量標(biāo)示了系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)所能夠處理或者轉(zhuǎn)發(fā)的最大流量,，TCP協(xié)議被大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所采用，操作系統(tǒng)協(xié)議棧,、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和硬件通常都會(huì)對(duì)TCP協(xié)議做最好的優(yōu)化,；穩(wěn)定的TCP協(xié)議性能需要高速內(nèi)存以及網(wǎng)卡與其驅(qū)動(dòng)的緊密集成，在虛擬化環(huán)境中,，這種緊密集成必須通過(guò)虛擬化層才能達(dá)到最佳性能,。TCP吞吐量測(cè)試是其它測(cè)試的基礎(chǔ),，在該測(cè)試項(xiàng)中，測(cè)試要求包括：

●兩臺(tái)服務(wù)器,，每臺(tái)服務(wù)器各自運(yùn)行一個(gè)VM,。

●VM網(wǎng)絡(luò)接口直接橋接到服務(wù)器的網(wǎng)卡上。

●IxChariot測(cè)試引擎（Performance Endpoint）安裝在VM上,。

●其它VM不使用或者處于空閑狀態(tài)以得到一個(gè)“基準(zhǔn)的”測(cè)試結(jié)果,，在第7個(gè)測(cè)試?yán)袝?huì)專(zhuān)門(mén)分析多個(gè)VMs的影響。

●同樣的硬件和操作系統(tǒng),，首先運(yùn)行在非虛擬化環(huán)境下,，比較其與虛擬化環(huán)境下的性能差異性。

●對(duì)于100Mbit/s~1G接口,，采用High_performance_throughput.scr腳本,；對(duì)于10G接口，采用Ultra_high_performance_throughput.scr腳本,。

對(duì)于下面其它測(cè)試?yán)?，具有?lèi)似的測(cè)試要求與測(cè)試步驟，可以聯(lián)絡(luò)IXIA工程師獲得相應(yīng)的操作手冊(cè),。

（2）UDP吞吐量測(cè)試

和TCP吞吐量測(cè)試類(lèi)似,，UDP吞吐量也能夠表示基本的網(wǎng)絡(luò)性能。但一般情況下,，特別是在10G網(wǎng)絡(luò)中,，UDP吞吐量要比TCP吞吐量稍低，這是因?yàn)閁DP協(xié)議棧并沒(méi)有像TCP協(xié)議棧那樣得到很好的優(yōu)化,。并且TCP和UDP數(shù)據(jù)包產(chǎn)生機(jī)制也有所不同,，應(yīng)用程序產(chǎn)生UDP數(shù)據(jù)包是以kB為單位，而網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)TCP數(shù)據(jù)是以MB為單位進(jìn)行的,。該測(cè)試項(xiàng)采用udp_throughput.scr的測(cè)試腳本,。

（3）反應(yīng)時(shí)間測(cè)試

反應(yīng)時(shí)間測(cè)試，有時(shí)也稱(chēng)為“乒乓測(cè)試”,，其原理是從測(cè)試引擎端點(diǎn)一發(fā)送100字節(jié)到測(cè)試引擎端點(diǎn)二,，測(cè)試端點(diǎn)二會(huì)回應(yīng)100個(gè)字節(jié)，通過(guò)比較兩個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間,，可以計(jì)算出由于增加虛擬化層的額外時(shí)延,，該測(cè)試項(xiàng)主要驗(yàn)證虛擬化對(duì)運(yùn)行有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻繁交易網(wǎng)絡(luò)的影響，測(cè)試出兩個(gè)VM之間的雙向時(shí)延,。

（4）典型企業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)性能測(cè)試

IxVM IxChariot采用企業(yè)應(yīng)用腳本模擬真實(shí)應(yīng)用流量來(lái)測(cè)試時(shí)延和虛擬化的影響,，IxChariot包括了很多企業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)腳本，比如SAP，Citrix等,。IxProfile獨(dú)有的流量捕捉功能可以從網(wǎng)絡(luò)上捕獲所需要的流量類(lèi)型來(lái)創(chuàng)建定制的腳步類(lèi)型,。在本測(cè)試?yán)校覀円訡itrix為例,，采用Citrix_ICA_Terminal_Server_Logon.scr腳本,，驗(yàn)證測(cè)試引擎一為客戶(hù)端，測(cè)試引擎二為Citrix服務(wù)器端時(shí)的系統(tǒng)登錄時(shí)間,。

（5）緩存大小對(duì)性能指標(biāo)的影響測(cè)試

在測(cè)試過(guò)程中,，不同緩存大小設(shè)置對(duì)測(cè)試結(jié)果會(huì)有很大的影響，一般情況下,，不同應(yīng)用程序在傳送數(shù)據(jù)時(shí)使用的緩存大小是不同的,，F(xiàn)TP協(xié)議通常使用64kB~1MB的緩存大小發(fā)送數(shù)據(jù)，HTTP協(xié)議通常采用20~50kB的緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,，而有些應(yīng)用，比如Microsoft Exchange業(yè)務(wù),，僅使用幾十到幾百字節(jié)的緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。本測(cè)試就是驗(yàn)證不同發(fā)送緩存大小對(duì)TCP吞吐量的影響，采用的IxChariot腳本為Response_time.scr,。

在實(shí)驗(yàn)中,，驗(yàn)證了4個(gè)不同的系統(tǒng)，分別調(diào)整其發(fā)送緩存大小,，圖3是4個(gè)不同被測(cè)系統(tǒng)在不同緩存大小情況下,、吞吐量以及CPU利用率的測(cè)試結(jié)果示意，從圖中可以看到,，設(shè)置的緩存越大,、吞吐量就越高。

圖3 4個(gè)被測(cè)系統(tǒng),，設(shè)置不同緩存大小與吞吐量,，CPU利用率的關(guān)系示意

上面列舉的是一些在虛擬化環(huán)境下典型的、基本測(cè)試項(xiàng)目,，但是虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展,，主要系統(tǒng)管理程序提供商也在不斷提高與優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能與獨(dú)有的特性，硬件廠(chǎng)商也在努力對(duì)虛擬化的產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn),，這就需要考慮在測(cè)試時(shí),，充分評(píng)估特定硬件、系統(tǒng)管理程序以及與其協(xié)同工作的應(yīng)用程序所能夠提供的用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）,。

圖4是虛擬化的分層結(jié)構(gòu)示意,，VM由CPU資源被分成虛擬網(wǎng)卡和虛擬交換機(jī)等多個(gè)層次，每層都會(huì)有增大時(shí)延和減少吞吐量的可能性，通常系統(tǒng)都會(huì)對(duì)吞吐量指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化以減少系統(tǒng)應(yīng)用的反應(yīng)時(shí)間,。

圖4 虛擬化的分層結(jié)構(gòu)示意

（6）不同虛擬網(wǎng)卡設(shè)置參數(shù)的測(cè)試

不同虛擬化平臺(tái)都會(huì)將自定義的設(shè)備驅(qū)動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)功能擴(kuò)展相結(jié)合以虛擬化的對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響最小化,，比如VMware有3種不同的虛擬網(wǎng)卡：AMD Lance，Intel e1000和vmxnet,。每一種都有自己的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),，微軟Hyper-V用戶(hù)通過(guò)停止客用操作系統(tǒng)的TCP offloading參數(shù)可以達(dá)到更好的性能。

使用上述測(cè)試?yán)械臏y(cè)試腳本可以準(zhǔn)確評(píng)估虛擬化服務(wù)器上不同虛擬網(wǎng)卡設(shè)置對(duì)性能的影響,。

（7）一個(gè)CPU所支持的VMs數(shù)量測(cè)試

在一些公開(kāi)測(cè)試中,，一些廠(chǎng)商表示每個(gè)CPU可以支持比其他廠(chǎng)家更多的VMs。驗(yàn)證一個(gè)CPU支持2~4個(gè)VMs的性能之間的相互影響就顯得非常重要,，同樣可以采用前面測(cè)試?yán)械臏y(cè)試腳本,。分別在不同VMs上運(yùn)行IxChariot測(cè)試引擎，以觀(guān)察在每個(gè)CPU運(yùn)行多個(gè)VMs情況的吞吐量,、時(shí)延等多種性能指標(biāo),。

（8）一個(gè)VM支持多個(gè)網(wǎng)卡的測(cè)試

許多虛擬化產(chǎn)品允許每個(gè)VM使用多個(gè)網(wǎng)卡，多個(gè)物理網(wǎng)卡可以分配到同一個(gè)虛擬化的交換機(jī)上,，在一個(gè)公開(kāi)的報(bào)告中,，某廠(chǎng)商表示通過(guò)在一個(gè)VM上關(guān)聯(lián)多個(gè)網(wǎng)卡可以顯著提高性能。使用前面提到測(cè)試?yán)械臏y(cè)試腳本,，可以快速方便地驗(yàn)證這種實(shí)現(xiàn)方案的性能優(yōu)化與提高程度,。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為下一代數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測(cè)試技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者與推動(dòng)者，美國(guó)IXIA公司在數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)和虛擬化測(cè)試技術(shù)方面一直保持領(lǐng)先地位,，作為VMware的測(cè)試合作伙伴與測(cè)試認(rèn)證產(chǎn)品,，IXIA在2009年4月推出了完整的2~7層虛擬化技術(shù)測(cè)試解決方案。和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案提供商Emulx公司結(jié)成合作伙伴,，提供融合網(wǎng)絡(luò)適配器（Convergence Network Adapter）的測(cè)試方法學(xué)與相關(guān)技術(shù),。隨著虛擬化技術(shù)在國(guó)內(nèi)更為廣泛的應(yīng)用，IXIA公司的數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測(cè)試技術(shù),、虛擬化測(cè)試技術(shù)必將為提升服務(wù)質(zhì)量,、用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)量提供更為可靠的保障與服務(wù)。