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近日，由天翼云科技有限公司彈性計算產(chǎn)品線(xiàn)天璣實(shí)驗室撰寫(xiě)的兩篇論文《PheCon: Fine-Grained VM Consolidation with Nimble Resource Defragmentation in Public Cloud Platforms》及《Yggdrasil: Reducing Network I/O Tax with (CXL-Based) Distributed Shared Memory》被ACM International Conference on Parallel Processing（ICPP）收錄。

ACM ICPP是計算機體系結構、并行與分布計算、存儲系統領(lǐng)域的頂級會(huì )議之一，也是世界上最古老的連續舉辦的并行計算國際會(huì )議之一。ACM ICPP收錄論文均經(jīng)過(guò)嚴格的同行雙盲評審，近五年平均接收率為27.9%。此次天璣實(shí)驗室兩篇論文的成功收錄，既是頂級權威機構對天翼云技術(shù)創(chuàng )新能力的認可，也是中國企業(yè)在國際學(xué)術(shù)舞臺影響力日益增強的有力證明。

本次收錄的兩篇論文分別闡述了天翼云天璣實(shí)驗室團隊自主設計與研發(fā)的兩大創(chuàng )新成果，包括面向大規模云數據中心管理的智能資源調度技術(shù)——PheCon，和基于“聚合計算”產(chǎn)品理念的面向新一代云計算基礎設施的網(wǎng)絡(luò )I/O加速技術(shù)——Yggdrasil。

PheCon：細粒度云數據中心 智能資源碎片整理算法

在云計算場(chǎng)景下，由于數據中心負載水平的波動(dòng)性和需求的不確定性，各個(gè)物理服務(wù)器普遍存在資源碎片問(wèn)題，造成數據中心資源浪費。如圖1所示，客戶(hù)需要緊急開(kāi)通6臺指定規格的云服務(wù)器，但集群內剩余資源只能滿(mǎn)足4臺云服務(wù)器，形成典型的資源碎片現象。如何應對資源擴容中常見(jiàn)的周期長(cháng)、成本高等挑戰，滿(mǎn)足極端場(chǎng)景下的客戶(hù)需求，成為亟需解決的難題。

圖1.碎片整理示意圖

本論文創(chuàng )新性提出一種新型細粒度碎片整理算法——PheCon，通過(guò)云服務(wù)器二次調度的方式聚合集群內資源碎片，以滿(mǎn)足更大規格資源的開(kāi)通需求。同時(shí)，該論文還提出了基于分治思想的NUMA感知啟發(fā)式算法和“誘導遷移”(Induced Migration)技術(shù)，通過(guò)規格填充、物理服務(wù)器選擇、云服務(wù)器排序和NUMA調度，實(shí)現集群布局優(yōu)化。

基于上述技術(shù)特點(diǎn)，PheCon可適配天翼云“2+4+31+X”的資源布局和異構數據中心的異構資源特點(diǎn)，做到一池一算、算無(wú)遺策，滿(mǎn)足全域異構資源的二次調度，實(shí)現分鐘級的快速碎片整理，提供優(yōu)質(zhì)的上云體驗。目前，天璣智能調度平臺穩定運行PheCon碎片整理功能，累計提供服務(wù)72次，每年節省運營(yíng)成本超過(guò)千萬(wàn)元，減少碳排放超百?lài)崱?/p>

Yggdrasil：CXL使能的無(wú)感 網(wǎng)絡(luò )I/O性能加速

在通信密集型應用程序的運行過(guò)程中，基于Linux內核的操作系統網(wǎng)絡(luò )通訊組件面臨巨大的運行負擔。為有效解決上述問(wèn)題，本論文提出Yggdrasil網(wǎng)絡(luò )通訊平替方案。

Yggdrasil是天翼云聚合計算團隊預研的下一代數據中心網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)。如圖2所示，該技術(shù)可基于CXL共享內存實(shí)現用戶(hù)態(tài)的高性能TCP/IP通信，且完全兼容現有的socket API，無(wú)需修改代碼即可完成性能加速。天璣實(shí)驗室團隊通過(guò)模擬和真實(shí)CXL硬件進(jìn)行評估的結果表明，Yggdrasil可使Memcached的吞吐性能相比傳統Linux socket高出8.2倍，并在不同消息大小的微基準測試中，將通訊延遲降低到傳統方式的0.3%到4.1%。

圖2.關(guān)于Yggdrasil快速/慢速通信路徑示意圖

Yggdrasil的性能優(yōu)勢與易用性主要得益于三個(gè)方面的設計優(yōu)化：

（1）在跨主機通信中，Yggdrasil采用基于CXL的分布式共享內存（即快速通信路徑）以提升性能，在CXL不可用的情況下，自動(dòng)無(wú)感切換回傳統socket(即慢速通信路徑)。

（2）Yggdrasil依托于受信任的用戶(hù)空間監控守護進(jìn)程管理通訊連接控制平面操作，減少上下文切換開(kāi)銷(xiāo)。數據平面采用對等模型進(jìn)行跨物理主機的進(jìn)程間通信，充分利用CXL共享內存的性能優(yōu)勢。

（3）為彌補socket API和共享內存之間的語(yǔ)義鴻溝，采取多種技術(shù)兼顧接口兼容性和性能優(yōu)勢。

基于Yggdrasil的I/O網(wǎng)絡(luò )性能優(yōu)勢及良好的API接口兼容性，Yggdrasil方案將在天翼云彈性計算產(chǎn)品線(xiàn)自主設計和研發(fā)的聚合計算平臺進(jìn)行落地，以減少網(wǎng)絡(luò )I/O稅，從而為客戶(hù)提供更澎湃的算力資源，助力千行百業(yè)創(chuàng )造更多價(jià)值。

面向未來(lái)，天翼云將繼續加強關(guān)鍵核心技術(shù)自主攻關(guān)，以領(lǐng)先的產(chǎn)品能力夯實(shí)數字基礎設施底座，為千行百業(yè)數字化轉型保駕護航。