本文關(guān)鍵詞：Xen網(wǎng)絡(luò)帶寬分配優(yōu)化方案的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：利用虛擬化技術(shù),可以在一臺物理服務(wù)器上模擬出若干個虛擬服務(wù)器。這些虛擬機之間通過資源共享,提升了物理資源的利用率。也因此,如何合理地在虛擬機之間管理和分配硬件資源成為了虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)帶寬是一種非常重要的物理資源,如果不能妥善地在虛擬機之間分配帶寬,就會對服務(wù)集群的性能造成很大影響。本文研究了開源虛擬化系統(tǒng)Xen的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配策略,發(fā)現(xiàn)它采用了一種基于配置文件的靜態(tài)分配方法。這種分配策略限制了虛擬機的帶寬使用率,從而也會對虛擬機的性能產(chǎn)生影響。為了克服Xen的缺陷,我們重新實現(xiàn)了Xen的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配算法,引入了動態(tài)分配算法和優(yōu)先級調(diào)度。其中,動態(tài)分配算法利用“公共賬戶”機制,允許帶寬充足的虛擬機將多余的帶寬存儲到“公共賬戶”中,帶寬不足的虛擬機則可以從“公共賬戶”中借用帶寬。這樣,帶寬資源就可以動態(tài)得在虛擬機之間進行再分配,互通有無,實現(xiàn)更高的帶寬利用率。在算法的實現(xiàn)中,要考慮到很多問題,例如防止頻繁進行分配造成性能影響；引入公平性機制防止虛擬機一直占用借來的帶寬導(dǎo)致其他虛擬機的帶寬不足等等。優(yōu)先級調(diào)度算法致力于提高虛擬機的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度,縮短響應(yīng)時間。Xen原來的調(diào)度機制是采用FIFO隊列按照入隊的順序進行調(diào)度,這種調(diào)度方式下所有虛擬機有相同的機會得到調(diào)度,體現(xiàn)不出差異。為了進一步提升資源利用率,我們對虛擬機做了優(yōu)先級劃分,根據(jù)其帶寬利用的穩(wěn)定性判定其優(yōu)先級,并且引入了類似Linux進程調(diào)度的多優(yōu)先級隊列,優(yōu)先級較高的虛擬機將優(yōu)先得到調(diào)度的機會。這使得帶寬的使用更加穩(wěn)定,能夠提高帶寬的利用率,也使得高優(yōu)先級的虛擬機獲得更高的響應(yīng)速度。改進的算法要起作用,必須修改Xen的源代碼。除了算法的設(shè)計,本文還包括了部分源碼的實現(xiàn),講解了其中對Xen的源碼所做的修改。此外,本文還介紹了如何安裝基于Linux LVM的Xen虛擬機,講解了磁盤分區(qū)和配置文件的設(shè)置,邏輯卷的創(chuàng)建與使用,以及在此基礎(chǔ)上,如何編譯和替換Linux內(nèi)核。通過改寫、編譯和替換Linux內(nèi)核,我們能夠?qū)⒏倪M的Xen部署到可運行的虛擬機環(huán)境中,從而檢驗新的帶寬分配機制的有效性和正確性。我們設(shè)計了一系列的實驗從功能正確性、算法有效性、分配公平性和性能開銷顯著性四個方面對改進的系統(tǒng)進行驗證。實驗表明,改進的內(nèi)核在帶寬利用率上有了30%以上的提升,在響應(yīng)速度方面,高優(yōu)先級的虛擬機的響應(yīng)時間縮短了約20%,對低優(yōu)先級的虛擬機則沒有顯著影響。此外,算法的公平性也得到了驗證,借出帶寬的虛擬機當(dāng)需要帶寬時能夠及時得到補償,不會陷入饑餓狀態(tài)。最后,通過分析實驗過程中的CPU、內(nèi)存開銷并與源生內(nèi)核的試驗數(shù)據(jù)進行比較,發(fā)現(xiàn)新的算法引入的性能開銷非常低,幾乎可以忽略不計。
【關(guān)鍵詞】：Xen 帶寬分配 虛擬化
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.01
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本文編號：795634