I-O虛擬化的性能隔離和優(yōu)化.pdf

1、在資源日益緊缺、人力成本、空間使用成本日益攀升的今天，虛擬化正逐步迎來一次復(fù)興，在當(dāng)前數(shù)據(jù)中心中得到了廣泛地使用。虛擬機平臺，將服務(wù)器的計算資源通過抽象和虛擬化進行整合并再次分配，讓資源以按需分配的方式，向用戶提供服務(wù)，從而降低成本，減少維持計算機運行所需要的能源、空間、管理維護等開銷。虛擬化技術(shù)的規(guī)模化發(fā)展，對虛擬機的擴展性能提出了較高的要求。雖然目前虛擬機中I/O（Input/Output）系統(tǒng)已經(jīng)有了不錯的性能，但是面臨平臺中虛擬

2、機的數(shù)目不斷增加時，在性能隔離和可擴展性上還亟需改善。由于I/O系統(tǒng)的性能很大程度上也決定著整個虛擬機平臺的性能表現(xiàn)，不合理的資源調(diào)度、管理和分配方式會給虛擬機帶來巨大的性能影響，影響用戶的使用體驗。因此，如何更好地實現(xiàn)虛擬機中I/O系統(tǒng)的性能隔離及可擴展性，成為虛擬機研究中的一個重要課題。
　　經(jīng)過對現(xiàn)有I/O系統(tǒng)性能的分析，在I/O資源的調(diào)度和管理、虛擬塊設(shè)備訪問模型的優(yōu)化和面向I/O響應(yīng)優(yōu)化的CPU調(diào)度算法等幾個方面，進行了

3、以下的研究。
　　針對虛擬機中現(xiàn)有的I/O系統(tǒng)資源（包括網(wǎng)絡(luò)資源和塊設(shè)備資源等）管理時靜態(tài)分配不夠靈活，設(shè)備的利用率偏低，無法實現(xiàn)按需分配以滿足用戶個性化需求等缺陷，提出一種基于權(quán)重的Max-min公平的資源動態(tài)分配算法。該算法依據(jù)各虛擬機資源的權(quán)重對系統(tǒng)中每項I/O資源動態(tài)地統(tǒng)籌分配，通過預(yù)留用戶最低保障資源，保證了虛擬機中應(yīng)用服務(wù)的正常運行；同時，I/O資源經(jīng)過Max-min方式進行按權(quán)重的分配，達到了帕累托最優(yōu)。通過和原有的

4、Credit資源分配策略測試對比，Max-min公平的資源動態(tài)分配算法能夠有效地滿足虛擬機應(yīng)用對 I/O資源的差異性需求。對帶寬資源的動態(tài)調(diào)整也提高了I/O系統(tǒng)硬件設(shè)備的利用效率，并改善了I/O系統(tǒng)資源的性能隔離和可擴展性。
　　在現(xiàn)有的虛擬機平臺中，存儲系統(tǒng)訪問過程協(xié)議層次過多、路徑較長，存儲設(shè)備的訪問嚴(yán)重依賴于協(xié)議處理的速度，并對資源的開銷產(chǎn)生顯著的影響。對現(xiàn)有存儲系統(tǒng)進行測試，分析了訪問過程關(guān)鍵路徑中的各模塊占比，提出了一種

5、新的驅(qū)動訪問架構(gòu)，通過將訪問過程中瓶頸部分的關(guān)鍵模塊優(yōu)化和并行運行，達到轉(zhuǎn)移存儲系統(tǒng)瓶頸的目的。實驗數(shù)據(jù)表明，在Xen虛擬機平臺現(xiàn)有的塊設(shè)備存儲驅(qū)動基礎(chǔ)上，實施并行優(yōu)化，加快了系統(tǒng)處理的速度。與Xen現(xiàn)有的訪問架構(gòu)比較，外部存儲設(shè)備的訪問性能增強了20％，有效改善了虛擬機中I/O系統(tǒng)的訪問性能。
　　針對虛擬機中CPU調(diào)度算法對I/O系統(tǒng)性能的巨大影響，為了提高I/O請求的響應(yīng)速度和訪問性能，提出一種負載均衡的最早截止日期優(yōu)先核心