IXIA虛擬化測試技術(shù)介紹 - 全文

　　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年最為熱門的兩大技術(shù)；根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，有超過50%以上的企業(yè)正在進(jìn)行虛擬化應(yīng)用的測試，有20%左右的企業(yè)表示已經(jīng)使用了虛擬化技術(shù)。

　　通過對硬件/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，通過虛擬化技術(shù)，硬件資源的更換或者升級對重要業(yè)務(wù)可以沒有任何影響。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)的測試與IXIA相應(yīng)的解決方案。

　　2 IXIA虛擬化測試方案

　　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IT人員的工作量，還可以降低固定資產(chǎn)投資與運(yùn)營成本。但是虛擬化的軟件同時(shí)也會(huì)對業(yè)務(wù)性能造成一定的下降，額外的時(shí)延、存儲(chǔ)接入訪問變慢的問題會(huì)影響到用戶體驗(yàn)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上虛擬軟件層對性能的影響有多大？在客戶操作系統(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)行之間是否對性能有很大的影響？這些都需要通過嚴(yán)格的測試進(jìn)行驗(yàn)證。IXIA IxVM就是為滿足下一代數(shù)據(jù)中心虛擬化的測試要求而推出的2~7層測試解決方案。

　　首先要區(qū)分3個(gè)概念，即多任務(wù)、超線程和虛擬技術(shù)，這3種技術(shù)的工作原理示意參見圖1。從圖1可以看到，虛擬化技術(shù)（Virtualization）和多任務(wù)（Multitasking）、超線程技術(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。而超線程只是在SMP系統(tǒng)（Symmetric Multi Processing）中單CPU模擬雙CPU來平衡程序運(yùn)行性能，這兩個(gè)模擬出來的CPU不能分離，只能協(xié)同工作。

　　圖1 多任務(wù)、超線程和虛擬化技術(shù)原理比較圖

　　IxVM虛擬化測試方案包括5個(gè)方面：

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

　　●4~7層測試：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類型的流媒體數(shù)據(jù)評估應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的丟包率與故障恢復(fù)時(shí)間等。

　　●存儲(chǔ)測試：模擬存儲(chǔ)設(shè)備評估虛擬化系統(tǒng)讀/寫磁盤速度等性能。

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

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

　　2.2 IxChariot虛擬化測試方案

　　由于篇幅的限制，本文主要介紹IxVM IxChariot實(shí)現(xiàn)的一些典型測試?yán)@些測試?yán)梢栽趥鹘y(tǒng)環(huán)境或者虛擬化環(huán)境中進(jìn)行，可以幫助用戶快速評估在虛擬化環(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)性能測試的例子。圖2是典型的虛擬環(huán)境下性能測試的示意圖，表1所列舉的前5個(gè)測試?yán)伎梢圆捎迷搱D的測試環(huán)境。

　　圖2 虛擬化環(huán)境下性能測試示意圖

　　表1 虛擬化典型性能測試?yán)斜?br /> ?

　　1）TCP吞吐量測試

　　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虛擬化層才能達(dá)到最佳性能。TCP吞吐量測試是其它測試的基礎(chǔ)，在該測試項(xiàng)中，測試要求包括：

　　●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”測試結(jié)果，在第7個(gè)測試?yán)袝?huì)專門分析多個(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。

　　●對于100Mbit/s~1G接口，采用High_performance_throughput.scr腳本；對于10G接口，采用Ultra_high_performance_throughput.scr腳本。

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

　?。?）UDP吞吐量測試

　　和TCP吞吐量測試類似，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。該測試項(xiàng)采用udp_throughput.scr的測試腳本。

　?。?）反應(yīng)時(shí)間測試

　　反應(yīng)時(shí)間測試，有時(shí)也稱為“乒乓測試”，其原理是從測試引擎端點(diǎn)一發(fā)送100字節(jié)到測試引擎端點(diǎn)二，測試端點(diǎn)二會(huì)回應(yīng)100個(gè)字節(jié)，通過比較兩個(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，該測試項(xiàng)主要驗(yàn)證虛擬化對運(yùn)行有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)頻繁交易網(wǎng)絡(luò)的影響，測試出兩個(gè)VM之間的雙向時(shí)延。

　?。?）典型企業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)性能測試

　　IxVM IxChariot采用企業(yè)應(yīng)用腳本模擬真實(shí)應(yīng)用流量來測試時(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型來創(chuàng)建定制的腳步類型。在本測試?yán)校覀円訡itrix為例，采用Citrix_ICA_Terminal_Server_Logon.scr腳本，驗(yàn)證測試引擎一為客戶端，測試引擎二為Citrix服務(wù)器端時(shí)的系統(tǒng)登錄時(shí)間。

　?。?）緩存大小對性能指標(biāo)的影響測試

　　在測試過程中，不同緩存大小設(shè)置對測試結(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。本測試就是驗(yàn)證不同發(fā)送緩存大小對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)不同被測系統(tǒng)在不同緩存大小情況下、吞吐量以及CPU利用率的測試結(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，硬件廠商也在努力對虛擬化的產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，這就需要考慮在測試時(shí)，充分評估特定硬件、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

　?。?）不同虛擬網(wǎng)卡設(shè)置參數(shù)的測試

　　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用戶通過停止客用操作系統(tǒng)的TCP offloading參數(shù)可以達(dá)到更好的性能。

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

　?。?）一個(gè)CPU所支持的VMs數(shù)量測試

　　在一些公開測試中，一些廠商表示每個(gè)CPU可以支持比其他廠家更多的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試?yán)械臏y試腳本。分別在不同VMs上運(yùn)行IxChariot測試引擎，以觀察在每個(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)。

　?。?）一個(gè)VM支持多個(gè)網(wǎng)卡的測試

　　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)公開的報(bào)告中，某廠商表示通過在一個(gè)VM上關(guān)聯(lián)多個(gè)網(wǎng)卡可以顯著提高性能。使用前面提到測試?yán)械臏y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

　　作為下一代數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測試技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者與推動(dòng)者，美國IXIA公司在數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)和虛擬化測試技術(shù)方面一直保持領(lǐng)先地位，作為VMware的測試合作伙伴與測試認(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）的測試方法學(xué)與相關(guān)技術(shù)。隨著虛擬化技術(shù)在國內(nèi)更為廣泛的應(yīng)用，IXIA公司的數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測試技術(shù)、虛擬化測試技術(shù)必將為提升服務(wù)質(zhì)量、用戶體驗(yàn)質(zhì)量提供更為可靠的保障與服務(wù)。