云计算厂商通过虚拟化技术使用户可以弹性购买各种封装层次的计算资源,无需考虑硬件维护问题,专注于开发本身。但应用程序中的传统TCP/IP网络协议栈是如今性能优化的瓶颈,是构成“数据中心税”的重要部分。在虚拟化场景下,数据包要经过宿主机和虚拟机双重协议栈,网络性能更加恶化。另一方面,高性能计算领域中的远程直接内存访问（RDMA）技术使网络包可以绕过操作系统内核的参与,具有极强的网络性能。但传统RDMA技术主要应用于裸机场景,虚拟化与RDMA的融合是解决云计算网络问题的一个重要方向。RDMA技术和虚拟化网络技术的结合有一个矛盾点:虚拟机的功能实现需要宿主机操作系统（内核）的支持;而RDMA能够获得高性能网络的本质在于旁路宿主机操作系统。如何解决这个问题是RDMA虚拟化技术的核心。在云计算场景下,远程过程调用（RPC）是一种主流的进程间通信方式。RDMA使用Verbs作为编程接口,其与RPC通信库不兼容且具有不同的编程范式,简单的接口转译也无法充分利用RDMA的性能。在公有云虚拟机场景下设计RDMA技术优化的RPC框架将为大量应用带来显著网络性能提升。本文针对以上问题,做了如下工作:RDMA虚拟化的生态尚缺乏宏观总结,本文从模块化的角度进行了论述和总结。梳理后发现通信框架RPC没有可用于公有云且通过RDMA提升性能的工作。本文设计了基于虚拟机的RPC框架vRPC,此框架可以适用于公有云的场景,并对其底层进行了RDMA重构和性能优化。本文利用混合网络I/O虚拟化的方式（即将控制平面的数据包虚拟化,数据平面的数据包使用RDMA网络传输）设计了vRPC的整体框架。这样使得所有控制数据经由操作系统处理,从而复用内核的网络栈获得对网络的控制;而大量通信数据通过RDMA网络绕过操作系统,达到了控制和性能的双重优点。本文在vRPC前后端分离系统中设计了多种优化方法:（1）设计虚拟网络连接,使多条通信链路可以共用RDMA连接链路,从而减轻同一台宿主机建立过多RDMA连接从而造成RDMA网卡内存不足而造成的性能恶化;（2）在截取层与前端设计基于优先队列的通信机制,在保证缓解缓存颠簸下（高频更换buffer）,解决了软件层面的瓶颈,高效地利用RDMA的传输流量;（3）设计RDMA信道延迟销毁策略,使下次通信热启动,多个RPC服务对象可以共享一个通信信道,进一步提高性能。本文实现了vRPC的原型系统,经过对比实验证明达到了预期的性能目标:vRPC显著优于可用于公有云的传统半虚拟化方案,其延迟比后者低84%,带宽高1.3倍;甚至也优于基于SR-IOV的虚拟机方案。本文又对vRPC优化方案的性能提升进行了实验和定量分析,最后分析了一个实际应用的通信与计算的时间占比与CPU占用率。最后证明vRPC可以有效提升基础网络性能,减少CPU负载,缩短RPC应用的运行时长。