面向多核處理器的虛擬機性能優(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算方式，云計算即是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物之一。云計算通過將眾多計算資源整合抽象成虛擬計算環(huán)境的方式，向用戶提供虛擬的計算資源，具有分配迅速、管理靈活和可回收再利用的優(yōu)點。同時云計算服務還因為計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)作為云計算的核心技術(shù)之一，為計算資源的整合與調(diào)度提供了可能，該技術(shù)使單臺物理服務器上能夠同時運行多臺虛擬機實例。
　　虛擬機管

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能夠被保存、恢復和在多臺物理服務器間遷移。多核處理器的發(fā)展，顯著提高了硬件的并行計算能力。但是，現(xiàn)有的虛擬機管理工具往往采用單線程的實現(xiàn)方式，此方式?jīng)]有有效利用硬件的并行計算能力。同時由于存儲空間和內(nèi)存容量的不斷增加，云服務提供的虛擬機實例也在逐漸變大。此趨勢導致虛擬機管理過程耗時更長——需花費更多的時間處理虛擬機實例的大內(nèi)存和硬盤存儲。所以，虛擬機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)能否為云計算提供高效的虛擬機管理方案。
　　多核處理器引入帶來的內(nèi)存帶寬問題使得NUMA訪存模型被廣泛運用于大型服務器中。虛擬化技術(shù)為云計算提供計算資源抽象的同時，也為虛擬機與真實硬件帶來了隔離，使虛擬機無法了解真實的硬件配置，如NUMA拓撲結(jié)構(gòu)等。這將顯著提高虛擬機內(nèi)資源分配和任務調(diào)度的難度，降低虛擬機的運行效率。
　　針對上述問題，本文開展了以下兩方面的工作:
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4、.提出了虛擬機管理工具并行化方法，該方法將虛擬機管理工具中的保存和恢復工具按步驟進行分解，通過流水線的方式進行并行處理，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拓撲結(jié)構(gòu)通過虛擬固件告知虛擬機。通過動態(tài)修改虛擬機內(nèi)操作系統(tǒng)NUMA拓撲結(jié)構(gòu)，配合虛擬機監(jiān)控器的任務調(diào)度算法，動態(tài)NUMA方法使得虛擬機監(jiān)控器在調(diào)度虛擬CPU的同時，仍然保持虛擬機內(nèi)NUMA拓撲結(jié)構(gòu)準確性，提高了虛擬機在

5、NUMA訪存模型中的執(zhí)行效率和調(diào)度靈活性。
　　為了驗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的管理和執(zhí)行性能，我們在Xen虛擬化平臺上實現(xiàn)了并行化的虛擬機管理工具以及動態(tài)NUMA方法，并對這些方法進行了對比實驗。實驗結(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算能力，顯著提高了虛擬機管理工具的執(zhí)行效率，運行時間縮短到原有的33％。
　　2.動態(tài)NUMA方法提高了虛擬機在具有N