基于IEEE+1588的虚拟集群多任务同步技术研究.pdf

学校代码 10701 学 号 1401120570
分类号 TN91 密 级 公开
西安电子科技大学
硕士学位论文
基于IEEE 1588的虚拟集群
多任务同步技术研究
作者姓名：黄振林
领 域：电子与通信工程
学位类别：工程硕士
学校导师姓名、职称：姚明旿 副教授
企业导师姓名、职称：高毅 高工
学 院：通信工程学院
提交日期：2017 年 6 月
Study on the IEEE 1588 Based Time
Synchronization Technology of Multi-task in
Virtual Clusters
A thesis submitted to
XIDIAN UNIVERSITY
in partial fulfillment of the requirements
for the degree of Master
in Electronics and Communications Engineering
By
Huang Zhenlin
Supervisor: Yao Mingwu Title: Associate Professor
Supervisor: Gao Yi Title: Senior Engineer
June 2017
摘要
摘要
随着计算机系统技术水平的不断提高以及大数据和云计算技术的快速发展，硬件
资源虚拟化技术在分布式系统中得到了广泛应用。当虚拟集群执行分布式实时应用任
务时，由于虚拟环境的复杂性，往往会产生时钟漂移、同步性能差等问题，难以为实
时任务的执行提供高精准度的时间基准。
为了有效地提高虚拟集群时间同步的精准度，进而实现分布式系统中的多任务同
步，本课题基于 IEEE 1588v2 协议和 KVM 虚拟化平台，分别从硬件辅助和纯软件两
方面着手，针对不同的部署环境和应用需求，提出基于硬件的同步方案和基于软件的
改进方案，为虚拟集群的多任务同步提供良好而多样的解决方案。
(1) 在虚拟机通信机制的理论基础上，本文提出并实现了一种同步性能优良的基
于硬件的同步方案，主要由 IEEE 1588v2 硬件同步模块和共享硬件访问模块组成。在
IEEE 1588v2 硬件同步模块中将从时钟硬件网络设备同步到主时钟硬件网络设备。共
享硬件访问模块针对使用原有驱动程序只能让主机或某一客户机的操作系统独占从
时钟硬件设备的问题，通过修改主机内核中的 KVM 模块代码，完成在虚拟机的用户
空间中共享访问从时钟硬件网络设备的操作，获取硬件设备的时间戳信息并以此同步
客户机的操作系统时间。
(2) 在 Linux 的网络技术基础上，结合 IEEE 1588v2 协议中端到端透明时钟(End
to End Transparent Clock, E2E TC)的思想，本文提出并实现了一种同步性能较为良好
的基于软件的改进方案。改进方案针对系统内核网络 I/O 路径中时延不对称的问题，
对主机内核网络通信代码予以改进，计算出 PTPv2 事件报文驻留时间并累加到报文
修正域中，实现 E2E TC 的功能。该改进使得运行在客户机用户空间的