面向多核處理器的虛擬機(jī)性能優(yōu)化.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展逐漸給人們帶來了新的計(jì)算方式，云計(jì)算即是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物之一。云計(jì)算通過將眾多計(jì)算資源整合抽象成虛擬計(jì)算環(huán)境的方式，向用戶提供虛擬的計(jì)算資源，具有分配迅速、管理靈活和可回收再利用的優(yōu)點(diǎn)。同時云計(jì)算服務(wù)還因?yàn)橛?jì)算資源的高密度整合，最大化了硬件的使用率，避免了利用率低下帶來的能源消耗。虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算的核心技術(shù)之一，為計(jì)算資源的整合與調(diào)度提供了可能，該技術(shù)使單臺物理服務(wù)器上能夠同時運(yùn)行多臺虛擬機(jī)實(shí)例。
　　虛擬機(jī)管

2、理工具是系統(tǒng)虛擬化的重要組成部分，虛擬化管理工具使得虛擬機(jī)能夠被保存、恢復(fù)和在多臺物理服務(wù)器間遷移。多核處理器的發(fā)展，顯著提高了硬件的并行計(jì)算能力。但是，現(xiàn)有的虛擬機(jī)管理工具往往采用單線程的實(shí)現(xiàn)方式，此方式?jīng)]有有效利用硬件的并行計(jì)算能力。同時由于存儲空間和內(nèi)存容量的不斷增加，云服務(wù)提供的虛擬機(jī)實(shí)例也在逐漸變大。此趨勢導(dǎo)致虛擬機(jī)管理過程耗時更長——需花費(fèi)更多的時間處理虛擬機(jī)實(shí)例的大內(nèi)存和硬盤存儲。所以，虛擬機(jī)管理工具能否充分利用硬件資源的

3、并行處理能力，決定了在多核處理器條件下虛擬化技術(shù)能否為云計(jì)算提供高效的虛擬機(jī)管理方案。
　　多核處理器引入帶來的內(nèi)存帶寬問題使得NUMA訪存模型被廣泛運(yùn)用于大型服務(wù)器中。虛擬化技術(shù)為云計(jì)算提供計(jì)算資源抽象的同時，也為虛擬機(jī)與真實(shí)硬件帶來了隔離，使虛擬機(jī)無法了解真實(shí)的硬件配置，如NUMA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。這將顯著提高虛擬機(jī)內(nèi)資源分配和任務(wù)調(diào)度的難度，降低虛擬機(jī)的運(yùn)行效率。
　　針對上述問題，本文開展了以下兩方面的工作:
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4、.提出了虛擬機(jī)管理工具并行化方法，該方法將虛擬機(jī)管理工具中的保存和恢復(fù)工具按步驟進(jìn)行分解，通過流水線的方式進(jìn)行并行處理，并且將其中耗時的步驟分配個多個線程并行執(zhí)行。
　　2.提出了動態(tài)NUMA方法，該方法將NUMA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過虛擬固件告知虛擬機(jī)。通過動態(tài)修改虛擬機(jī)內(nèi)操作系統(tǒng)NUMA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配合虛擬機(jī)監(jiān)控器的任務(wù)調(diào)度算法，動態(tài)NUMA方法使得虛擬機(jī)監(jiān)控器在調(diào)度虛擬CPU的同時，仍然保持虛擬機(jī)內(nèi)NUMA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性，提高了虛擬機(jī)在

5、NUMA訪存模型中的執(zhí)行效率和調(diào)度靈活性。
　　為了驗(yàn)證虛擬化管理工具并行方法和動態(tài)NUMA方法的確提高了虛擬機(jī)的管理和執(zhí)行性能，我們在Xen虛擬化平臺上實(shí)現(xiàn)了并行化的虛擬機(jī)管理工具以及動態(tài)NUMA方法，并對這些方法進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　1.虛擬化管理工具的并行方法充分利用了多核處理器的計(jì)算能力，顯著提高了虛擬機(jī)管理工具的執(zhí)行效率，運(yùn)行時間縮短到原有的33％。
　　2.動態(tài)NUMA方法提高了虛擬機(jī)在具有N