CN112152938A

CN112152938A - 一种云虚拟环境中往返时延的确定方法

Info

Publication number: CN112152938A
Application number: CN202010838755.4A
Authority: CN
Inventors: 周建二; 邱欣逸; 黄勇
Original assignee: Southwest University of Science and Technology; Peng Cheng Laboratory
Current assignee: Southwest University of Science and Technology; Peng Cheng Laboratory
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2040-08-19
Also published as: CN112152938B

Abstract

本申请公开了一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，所述方法包括向接收方发送数据信息，并接收该数据信息对应的确认信息；读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延；基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。本申请通过在确认信息中携带调度时延，在确定确认信息对应的往返时延时，将所述调度时延去除，这样可以提高确定到往返时延的准确性，进而提高基于往返时延执行的拥塞控制的准确性。

Description

一种云虚拟环境中往返时延的确定方法

技术领域

本申请涉及云计算技术领域，特别涉及一种云虚拟环境中往返时延的确定方法。

背景技术

目前普遍使得的拥塞控制算法是基于往返时延，并且基于往返时延判定网络是否发生拥塞，进而调整拥塞控制算法的发送窗口或者发送速率。然而，在云虚拟环境中，虚拟机的计算资源由宿主机调度，当多个虚拟机竞争同一个宿主机时，往往会导致没有连续的计算资源，进而导致无法及时发送数据信息，引起往返时延的变化而影响拥塞控制算法的准确性，进而影响拥塞控制的准确性。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种云虚拟环境中往返时延的确定方法。

为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，所述方法包括：

向接收方发送数据信息，并接收该数据信息对应的确认信息，其中，所述数据信息携带所述数据信息对应的发送方的第一调度时延，所述第一调度时延为发送方对应的第一虚拟机向其对应的第一宿主机请求资源所需时长；

读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延；

基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述调度时延为基于所述第一调度时延与第二调度时延确定，其中，所述第二调度时延为接收方对应的第二虚拟机向其对应的第二宿主机请求资源所需时长。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，将第一调度时延或第二调度时延作为目标调度时延，所述目标调度时延的确定过程具体包括：

目标虚拟机向目标宿主机发送调度资源的请求，并获取所述请求对应的响应时间；

将获取到的响应时间作为所述请求对应的目标调度时延，其中，当所述目标调度时延为第一调度时延时，所述目标虚拟机为第一虚拟机，当所述目标调度时延为第二调度时延时，所述目标虚拟机为第二虚拟机。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述目标虚拟机向目标宿主机发送调度资源的请求，并获取所述请求对应的响应时间具体包括：

目标虚拟机向目标宿主机发送调度资源的请求，并监听其自身的系统时钟更新时长；

若系统时钟更新时长达到预设时间阈值，则确定系统时钟更新发生跳跃，并确定所述跳跃的更新时间；

将确定得到的更新时间作为所述请求对应的响应时间。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述方法还包括：

若系统时钟更新时长未达到预设时间阈值时，则将所述请求对应的响应时间设置为预设数值。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述发送方与所述接收方基于TCP协议通讯，所述调度时延包含于所述确认信息的TCP头部。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延具体为：

计算所述候选往返时延与所述调度时延的差值，并将所述差值作为所述数据信息对应的往返时延。

所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其中，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延之后，所述方法包括：

基于所述往返时延对所述数据信息对应的发送方进行拥塞控制。

本申请实施例第二方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。

本申请实施例第三方面提供了一种云虚拟系统，所述云虚拟系统包括若干虚拟机以及宿主机，所述若干虚拟机均与所述宿主机相连接，若干虚拟机中的每个虚拟机均用于执行如上任一所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。

有益效果：与现有技术相比，本申请提供了一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，所述方法包括向接收方发送数据信息，并接收该数据信息对应的确认信息；读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延；基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。本申请通过在确认信息中携带调度时延，在确定确认信息对应的往返时延时，将所述调度时延去除，这样可以提高确定到往返时延的准确性，进而提高基于往返时延执行的拥塞控制的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不符创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的云虚拟环境中往返时延的确定方法的流程图。

图2为本申请提供的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的数据信息传输的流程示意图。

图3为本申请提供的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的目标调度时延获取过程的流程示意图。

图4为本申请提供的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的TCP头部的结构原理图。

具体实施方式

本申请提供一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

发明人经过研究发现，拥塞控制协议(TCP)在最初设计时，基于丢包判断网络是否发生了拥塞，比如Linux系统中默认的拥塞控制协议Cubic在感知到网络丢包时，才调整拥塞窗口。基于丢包判断网络拥塞的拥塞控制协议可以最大化地使用网络带宽，保证发送者的吞吐率和链路使用率。但基于丢包的拥塞控制协议会引起网络设备中数据信息缓存过大(Bufferbloat)，进而增加数据信息传输时延。部署越来越广泛的实时交互、网页传输等短流业务对传输时延非常敏感，基于丢包的拥塞控制协议已经无法满足时延敏感的短流业务。

为了适应时延敏感业务对传输时延的要求，研究人员提出了多种基于往返时延(RTT)的拥塞控制算法，比如BBR、Copa等。根据网络时延的变化情况，判断当前网络的拥塞情况，进而调整拥塞控制算法的发送窗口或者发送速率(例如，当往返时延变大时，则表明网络拥塞程度变严重，应该降低发送速率，反之应增加其发送速率等)。这类基于时延的拥塞控制算法，可更加快速地感知网络拥塞，而且可以保证网络设备中缓存较少的数据信息，进而保证较低的网络传输时延。例如，在蜂窝移动网络中，每个用户在基站都会有独立的排队队列，基站根据用户数量，动态调度给每个用户的发送时隙，当用户没有调度时隙时，将无法发送数据信息，往返时延增加。

然而，在云虚拟环境中，虚拟机的计算资源由宿主机调度，当多个虚拟机竞争同一个宿主机时，往往会导致没有连续的计算资源，进而导致无法及时发送数据信息，引起往返时延的变化。同时，基于往返时延的拥塞控制算法无法准确区分往返时延变化中，哪些是由于网络拥塞导致的，哪些是由于宿主机或者基站调度导致的。调度导致的时延具有随机不确定性，给拥塞控制算法的准确调度带来极大困难，直接影响其调度效果。

为了解决上述问题，在本申请实施例中，在接收该数据信息对应的确认信息；读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延；基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。本申请通过在确认信息中携带调度时延，在确定确认信息对应的往返时延时，将所述调度时延去除，这样可以提高确定到往返时延的准确性，进而提高基于往返时延执行的拥塞控制的准确性。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对申请内容作进一步说明。

本实施提供了一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，所述方法应用云虚拟系统中的一个虚拟机，所述虚拟机为发送所述数据信息的发送方；其中，所述云虚拟系统包括若干虚拟机以及宿主机，所述若干虚拟机均与所述宿主机相连接，并向所述宿主机请求计算资源。如图1和图2所示，所述云虚拟环境中往返时延的确定方法具体包括：

S10、向接收方发送数据信息，并接收该数据信息对应的确认信息。

具体地，所述数据信息为基于TCP协议发送的，所述数据信息包括TCP头部以及数据包，所述数据信息携带所述数据信息对应的发送方的第一调度时延，并且所述第一调度时延位于所述TCP头部内，其中，所述第一调度时延为发送方对应的第一虚拟机向其对应的第一宿主机请求资源所需时长。可以理解的是，发送方与所述接收方基于TCP协议通讯，发送方基于TCP协议向接收方发送数据信息，接收方基于TCP协议发送方发送确认信息，其中，所述确认信息为接收方基于所述数据信息生成的。

在本实施例的一个实现方式中，如图4所示，所述TCP头部中设置有时延选项，时延选项位于所述TCP头部字段的最后。所述时延选项包括三个字段，分别为类型字段、长度字段和内容字段，其中，类型字段和长度字段的字段大小固定，例如，均为1字节。所述类型字段表示此选项的具体功能，并将TCP头部的253作为时延选项的类型字段；长度字段表示整个时延选项字段的长度，以字节为单位，并且长度字段内存储时延选项字段的长度包括类型字段长度、长度字段本身长度以及内容字段长度；第一调度时延位于写入时延选项的内容字段，并且第一调度时延以毫秒(ms)为单位，例如，内容字段中写入的是100，则表明第一调度时延为100ms。

S20、读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延。

具体地，所述确认信息为基于TCP协议接收到，所述确认信息包括所述数据信息包括TCP头部以及确认数据，所述TCP头部携带有调度时延。由此，在获取到确定信息后，可以获取所述确定信息的TCP头部，并读取所述TCP头部中的时延选项，以得到所述调度时延。所述调度时延为基于所述第一调度时延与第二调度时延确定，所述第二调度时延为接收方对应的第二虚拟机向其对应的第二宿主机请求资源所需时长。在一个实现方式中，所述调度时延为接收方对应的第二虚拟机确定，并添加到TCP协议的TCP头部中的时延选项中，以使得发送方可以获取到所述调度时延。所述接收方对应的第二虚拟机接收数据信息，并读取所述数据信息携带的第一调度时延，并确定其自身向其对应的第二宿主机请求资源所需时长，以得到第二调度时延，最后再根据所述第一调度时延和所述第二调度时延确定调度时延，其中，所述调度时延等于第一调度时延与第二调度时延的和。

进一步，由于发送方与接收方基于TCP协议通讯，TCP协议的TCP头部配置有时延选项，从而第二虚拟机确定得到调度时延后，可以将调度时延添加到确认信息的TCP头部中的时延选项中，以使得确认信息携带有所述调度时延，这样发送方对应的第一虚拟机接收到确认信息后，可以直接读取到所述调度时延，以便于后续基于所述调度时延确定第一虚拟机对应的往返时延。

在本实施例的一个实现方式中，所述第一调度时延和所述第二调度时延的确定过程相同，这里将第一调度时延或第二调度时延作为目标调度时延，如图3所示，所述目标调度时延的确定过程可以包括：

将获取到的响应时间作为所述请求对应的目标调度时延。

具体地，所述目标虚拟机与所述目标宿主机相连接，并向所述目标宿主机请求计算资源，由此，目标虚拟机需要向目标宿主机发送调度资源的请求，以使得目标宿主机为所述目标虚拟机分配计算资源(例如，CPU资源等)，所述响应时间为目标宿主机响应请求并未所述目标虚拟机分配计算资源所需时长，在获取到该响应时间后，将获取到的响应时间作为所述请求对应的目标调度时延，其中，当所述目标调度时延为第一调度时延时，所述目标虚拟机为第一虚拟机，当所述目标调度时延为第二调度时延时，所述目标虚拟机为第二虚拟机。

在本实施例的一个实现方式中，所述目标虚拟机配置有系统时钟，并且系统时钟的更新有目标宿主机的资源调取器决定，当目标虚拟机正常获取到资源时，当虚机正常分配资源时，目标虚拟机的系统时钟的更新周期为系统时钟更新频率的倒数，例如，当系统时钟更新频率为60赫兹时，所述系统时钟的更新周期为1ms。然而，当目标虚拟机未调度到资源时，目标虚拟机的系统时钟会有一段时间无法更新，此时目标虚拟机的系统时钟将发生跳跃。由此，在目标虚拟机向目标宿主机请求资源时，可以监听目标虚拟机的系统时钟来确定系统时钟是否发送跳跃，确定目标虚拟机发送调度资源延时，从而获取所述请求对应的响应时间，以得到第一调度时延。

基于此，所述目标虚拟机向目标宿主机发送调度资源的请求，并获取所述请求对应的响应时间具体包括：

将确定得到的更新时间作为所述请求对应的响应时间。

具体地，所述更新时长指的是系统时钟更新所述需时间，所述预设时间阈值为预先设置，用于判断目标虚拟机自身的系统时钟是否发送跳跃，例如，所述预设时间阈值为10ms等。在一个实现方式中，所述目标虚拟机中可以配置有时钟监控模块，时钟监控模块部署在内核中系统时钟更新模块之上，通过时钟监控模块监控系统时钟的更新；若监听到系统时钟更新时长达到预设时间阈值(例如，10ms)，则确定所述系统时钟发生跳跃，并认为目标虚拟机从发送请求起的预设时间阈值内处于被挂起状态；同时，时钟监控模块记录系统时钟的跳跃更新时间，将跳跃更新时间作为目标调度时延传入目标虚拟机中的TCP/IP网络协议栈，以使得TCP/IP网络协议栈可以基于目标调度时延确定写入TCP头部的时延选项中的时延内容。当然，值得说明的，目标虚拟机中的调度驱动可以目标虚拟机自身处于挂起状态前到达内核且没有发送的数据包，以及调度驱动收到且没传到内核处理的数据包，并且将记录的数据包传递到目标虚拟机内核的TCP/IP网络协议栈，以使得在TCP/IP网络协议栈中；并且当目标虚拟机为发送方对应的第一虚拟机时，将第一调度时延写入数据信息的时延选项字段，当目标虚拟机为接收方对应的第二虚拟机时，将调度时延写入确认信息的时延选项字段。

当然，在实际应用中，当系统时钟更新时长未达到预设时间阈值时，说明目标虚拟机向目标宿主机请求调度资源时，未发生调度时延，次数可以将所述请求对应的响应时间设置为预设数值，其中，所述预设数值可以为0，以表示目标虚拟机向目标宿主机请求调度资源为发送调度时延。

S30、基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。

具体地，所述候选往返时延为发送方对应的第一虚拟机自身获取的数据信息对应的传输时延，所述候选往返时延包括第一虚拟机向第一宿主机请求资源的第一调度时延，以及第二虚拟机向第二宿主机请求资源的第二调度时延，以及数据信息传输过程中的真实往返时延。由此，在获取到候选往返时延后，可以基于读取到调度时延，以及候选往返时延确定所述数据信息对应的往返时延，其中，所述数据信息对应的往返时延等于所述候选往返时延与所述调度时延的差值。可以理解的是，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据包括对应的往返时延具体为：计算所述候选往返时延与所述调度时延的差值，并将所述差值作为所述数据包括对应的往返时延。此外，所述候选往返时延可以采用现有的方式确定，这里不做具体限制。

在实施例的一个实现方式中，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据包括对应的往返时延之后，所述方法包括：

基于所述往返时延对所述数据包对应的发送方进行拥塞控制。

具体地，在获取到往返时延后，可以基于往返时延确定网络拥塞程度，例如，当往返时延变大时，则表明网络拥塞程度变严重，应该降低发送速率，反之应增加其发送速率。基于此，在获取到往返时延后，可以确定网络传输速率，并基于所述网络传输速率控制发送方发送数据信息的发送速率，进而减少网络拥塞。

综上所述，本实施例提供了一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，所述方法包括向接收方发送数据信息，并接收该数据信息对应的确认信息；读取该确认信息携带的调度时延，并确定所述数据信息对应的候选往返时延；基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延。本申请通过在确认信息中携带调度时延，在确定确认信息对应的往返时延时，将所述调度时延去除，这样可以提高确定到往返时延的准确性，进而提高基于往返时延执行的拥塞控制的准确性。

基于上述云虚拟环境中往返时延的确定方法，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述实施例所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。

基于上述云虚拟环境中往返时延的确定方法，本申请还提供了一种云虚拟系统，其特征在于，所述云虚拟系统包括若干虚拟机以及宿主机，所述若干虚拟机均与所述宿主机相连接，若干虚拟机中的每个虚拟机均用于执行如上述实施例所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。

此外，上述存储介质的多条指令处理器加载并执行的具体过程以及云虚拟系统中的虚拟机的具体执行过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述调度时延为基于所述第一调度时延与第二调度时延确定，其中，所述第二调度时延为接收方对应的第二虚拟机向其对应的第二宿主机请求资源所需时长。

3.根据权利要求2所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，将第一调度时延或第二调度时延作为目标调度时延，所述目标调度时延的确定过程具体包括：

4.根据权利要求3所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述目标虚拟机向目标宿主机发送调度资源的请求，并获取所述请求对应的响应时间具体包括：

将确定得到的更新时间作为所述请求对应的响应时间。

5.根据权利要求3所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述发送方与所述接收方基于TCP协议通讯，所述调度时延包含于所述确认信息的TCP头部。

7.根据权利要求1所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延具体为：

8.根据权利要求1所述云虚拟环境中往返时延的确定方法，其特征在于，所述基于所述候选往返时延以及所述调度时延，确定所述数据信息对应的往返时延之后，所述方法包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1～8任意一项所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。

10.一种云虚拟系统，其特征在于，所述云虚拟系统包括若干虚拟机以及宿主机，所述若干虚拟机均与所述宿主机相连接，若干虚拟机中的每个虚拟机均用于执行如权利要求1-8任意一项所述的云虚拟环境中往返时延的确定方法中的步骤。