Integrating I/O Time to Virtual Time System for High Fidelity Container-based Network Emulation
Integrating I/O Time to Virtual Time System for High Fidelity Container-based Network Emulation
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将 I/O 时间集成到虚拟时间系统以实现基于容器的高保真网络仿真
DOI：
10.1145/3518997.3531023
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Jin, Dong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Gong;Hu, Zheng;Jin, Dong
基于容器的网络仿真提供了一个准确、灵活且经济高效的应用程序设计和评估测试环境。为在容器内运行的进程启用虚拟时间从根本上提高了仿真实验的时间保真度。然而，在诸如磁盘I/O、网络I/O和GPU计算的操作期间缺乏精确的时间管理，经常导致在现有虚拟时间系统中观察到的虚拟时间推进错误。本文提出了VT-IO，一个轻量级的虚拟时间系统，集成了精确的I/O时间，基于容器的网络仿真。我们对I/O操作中的时间误差进行了建模和分析，并在Linux内核中开发了一种基于屏障的时间补偿机制。VT-IO通过精确的I/O时间测量和补偿实现精确的虚拟时间推进。实验结果表明，该算法的时间错误率从87.31%降低到3.6%，VT-IO的开销仅占总执行时间的2%左右。最后，我们展示了VT-IO的可用性和时间保真度的改善与比特币挖矿应用程序的案例研究。
Container-based network emulation provides an accurate, flexible, and cost-effective application design and evaluation testing environment. Enabling virtual time to processes running inside containers essentially improves the temporal fidelity of emulation experiments. However, the lack of precise time management during operations, such as disk I/O, network I/O, and GPU computation, often leads to virtual time advancement errors observed in existing virtual time systems. This paper proposes VT-IO, a lightweight virtual time system that integrates precise I/O time for container-based network emulation. We model and analyze the temporal error during I/O operations and develop a barrier-based time compensation mechanism in the Linux kernel. VT-IO enables accurate virtual time advancement with precise I/O time measurement and compensation. The experimental results show that the temporal error can be reduced from 87.31% to 3.6% and VT-IO only introduces around 2% overhead of the total execution time. Finally, we demonstrate VT-IO’s usability and temporal fidelity improvement with a case study of a Bitcoin mining application.
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