云環(huán)境中的虛擬機(jī)可靠性和性能優(yōu)化研究.pdf

1、云計(jì)算供應(yīng)商能夠及時(shí)準(zhǔn)確地將云資源提供給客戶，原因是云的體系架構(gòu)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，通信能力和存儲(chǔ)能力。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的體系架構(gòu)中所使用的關(guān)鍵技術(shù)。它是在有限的物理資源的基礎(chǔ)上，抽象地虛擬出多個(gè)相似特性的實(shí)體給更多的服務(wù)對(duì)象。傳統(tǒng)的虛擬化指的是硬件的虛擬化。即在已經(jīng)有的計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)上，盡可能地模擬硬件的功能，提供虛擬的硬件資源給服務(wù)的實(shí)體。近幾年，虛擬化技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到軟件虛擬化領(lǐng)域。這些都為云的用戶和租客獲取充足的虛擬硬件和軟件

2、資源提供了一定的保證。
　　近幾年，隨著云計(jì)算虛擬機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜性的增加，以及云計(jì)算服務(wù)的規(guī)模和范圍的擴(kuò)大，如何更好地確保虛擬機(jī)個(gè)體在云計(jì)算中的服務(wù)質(zhì)量成為目前云計(jì)算研究的一個(gè)重要課題。在研究該課題的過程中，本論文發(fā)現(xiàn)了以下問題：
　　1.隨著虛擬機(jī)內(nèi)部運(yùn)行很多的任務(wù)密集型和關(guān)鍵型的應(yīng)用，它們會(huì)產(chǎn)生頻繁的訪存操作。因此虛擬機(jī)的內(nèi)存必須有內(nèi)存高可靠技術(shù)來保證其正常工作，否則一旦內(nèi)存崩潰，與內(nèi)存相關(guān)的所有訪存操作都將

3、終止。目前的虛擬機(jī)內(nèi)存高可靠方案大多為通用性差，造價(jià)高的硬件方案。如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的，性價(jià)比高的虛擬機(jī)內(nèi)存高可靠方案成為本論文研究的第一個(gè)問題。
　　2.在云計(jì)算中，單個(gè)虛擬機(jī)既有可能運(yùn)行CPU密集型應(yīng)用，又有可能運(yùn)行GPU密集型應(yīng)用。不同的應(yīng)用必須及時(shí)地獲取相應(yīng)的CPU和GPU的資源，否則就有可能影響應(yīng)用程序的性能。因此需要針對(duì)不同的多核資源進(jìn)行有效的調(diào)度。目前的大多數(shù)調(diào)度策略都是針對(duì)單一種類處理器的調(diào)度方法。從而導(dǎo)致了調(diào)

4、度同種一處理器的過程中過度占用另一種處理器的計(jì)算資源。本論文將對(duì)這一問題提出自己的解決方案。
　　3.云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確保帶寬按照客戶虛擬機(jī)的付費(fèi)情況進(jìn)行分配。但是在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，惡意虛擬機(jī)可以利用帶寬分配策略在線路上隨意增加連接數(shù)來增加自己所獲取的帶寬。因此，在分配過程中解決虛擬機(jī)帶寬的惡意操縱問題是本文的第三個(gè)研究點(diǎn)。
　　基于以上3個(gè)研究問題，本論文進(jìn)行了以下的研究工作：
　　1.本文實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存高可靠的體系架

5、構(gòu)kMemvisor。kMemvisor是基于Xen虛擬化中的直接頁表和影子頁表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的軟件定義的高可靠內(nèi)存保障方案。kMemvisor可以提供系統(tǒng)層以及數(shù)據(jù)層的內(nèi)存鏡像，保證虛擬機(jī)監(jiān)控器同步寫鏡像內(nèi)存。
　　2.本文提出了一個(gè)在GPU/CPU混合的多虛擬機(jī)環(huán)境下多核資源分配的架構(gòu)vHybrid。它可以在云環(huán)境下有效地分配CPU資源和GPU資源給不同的密集型應(yīng)用并且不需要修改客戶機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核。vHybrid的調(diào)度器集成了開環(huán)控