随着大数据时代的到来,数据中心的规模逐渐变大,连接数据中心内部和外部的网络规模也以指数级增长,网络工程师对于数量暴增的网络设备的管理变得更加复杂。为了灵活配置和管理大规模的网络,降低企业成本,虚拟化技术和软件定义网络(Software Defined Network,SDN)随之出现。虚拟化技术可以屏蔽底层硬件间的区别,而软件定义网络是一种提高现代化数据中心性能的有效方法。软件定义网络具有动态性,高度灵活性和适应性的体系结构。SDN架构的主要思想是将网络控制和转发功能分离开来,使网络控制变得可以通过直接编程来管理,并将底层基础架构从应用程序和网络服务中抽象出来。Open vSwitch是目前流行的SDN数据转发层的开源虚拟交换机,它可以实现传统交换机的功能,并且可以通过修改程序增加它的功能。Open vSwitch在SDN中的应用与研究中发挥着重大的作用,因此研究其本身的性能具有重要意义。现有虚拟交换机(包括Open vSwitch)性能分析模型忽略了数据分组在实际系统中转发的细节流程,或者做了简单的假设,都不能有效地分析整个系统性能。此外已有工作没有结合Linux网络子系统对Open vSwitch的性能进行建模研究。本文旨在利用状态空间模型分析技术对Linux操作系统下Open vSwitch虚拟交换机的数据包转发性能进行定量分析。本文的主要贡献有:(1)提炼数据包转发流程的关键步骤。首先分析Linux网络子系统和开源软件Open vSwitch源代码,研究系统工作原理、理清函数流程,提炼Linux操作系统中的Open vSwitch虚拟交换机数据包处理流程的关键模块和步骤。(2)构建数学模型。论文使用连续时间马尔科夫链分析技术,针对Linux操作系统中的Open vSwitch虚拟交换机数据包处理流程的关键步骤,构建了可进行性能评估的分析模型;推导出模型的求解方法,计算出系统中任务数的稳态概率分布,推导可求解系统中平均数据包数目、数据包响应时间、数据包等待时间和数据包丢包率等性能评价指标的计算公式。(3)模型验证。编写数值分析代码和仿真代码,验证模型正确性;利用数学模型评估各个系统参数(包括队列长度、模块服务时间等)对各种指标的影响,给出影响系统性能的主要因素。