本文關(guān)鍵詞： 虛擬化技術(shù) 存儲(chǔ)性能 異步處理 同步處理 磁盤 固態(tài)盤　出處：《華中科技大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：系統(tǒng)虛擬化技術(shù)解耦了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的粘合度,使得多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的操作系統(tǒng)例程(虛擬機(jī))可以部署在單個(gè)的物理平臺(tái)上以共享底層的硬件資源,從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合而達(dá)到提高硬件利用率的效果。除此之外,系統(tǒng)虛擬化技術(shù)還可以為操作系統(tǒng)在同構(gòu)、甚至異構(gòu)物理平臺(tái)之間的實(shí)時(shí)遷移,用戶計(jì)算環(huán)境的快速部署、以及惡意軟件的安全隔離等需求上帶來(lái)有效可靠的技術(shù)解決方案,降低了組織機(jī)構(gòu)或個(gè)人在計(jì)算機(jī)硬件和相關(guān)管理上的投資成本。 盡管如此,相比較傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)環(huán)境,虛擬化技術(shù)亦給底層的存儲(chǔ)設(shè)備的寫入方向帶來(lái)了性能挑戰(zhàn)。這是因?yàn)椋旱谝?由于虛擬機(jī)管理器的引入,使得虛擬機(jī)內(nèi)部的寫請(qǐng)求需要經(jīng)歷更長(zhǎng)的I/0路徑,增加了額外的CPU開銷；第二,虛擬機(jī)管理器的引入亦使得虛擬機(jī)內(nèi)部的相關(guān)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序很難獲取準(zhǔn)確的存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)信息,失去了寫操作性能進(jìn)一步調(diào)優(yōu)的機(jī)會(huì)；第三,由于服務(wù)器整合,使得共享存儲(chǔ)設(shè)備需要面對(duì)和處理成倍增加的并發(fā)寫請(qǐng)求數(shù)目,進(jìn)一步加劇了其性能瓶頸。目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)的虛擬化存儲(chǔ)性能優(yōu)化工作偏重于讀取方面,而對(duì)于寫入方面則存在一定程度上的關(guān)注缺失。因此有必要對(duì)虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的性能進(jìn)行研究和優(yōu)化。 虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的新模型,可以對(duì)虛擬機(jī)內(nèi)部的文件級(jí)寫操作進(jìn)行同步處理,再對(duì)虛擬機(jī)管理器的塊級(jí)寫操作進(jìn)行異步處理。其中,虛擬機(jī)內(nèi)部的同步處理意味著寫請(qǐng)求可以繞過(guò)文件系統(tǒng)的復(fù)雜異步處理邏輯,縮短其從虛擬機(jī)層次到虛擬機(jī)管理器層次之間所需要經(jīng)歷的I/O路徑,而異步處理指的是在塊級(jí)的寫請(qǐng)求到達(dá)存儲(chǔ)硬件之前,根據(jù)底層具體的存儲(chǔ)特性,在虛擬機(jī)管理器層次進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化,以減輕共享存儲(chǔ)由于并發(fā)I/O數(shù)目激增而產(chǎn)生的處理壓力。 基于域間通信技術(shù)的虛擬機(jī)存儲(chǔ)協(xié)議棧優(yōu)化機(jī)制,進(jìn)一步優(yōu)化了虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的性能。通過(guò)利用虛擬機(jī)系統(tǒng)提供的域間通信接口,進(jìn)一步減小寫操作從虛擬機(jī)層次切換到虛擬機(jī)管理器層次的CPU開銷。同時(shí),該優(yōu)化機(jī)制亦可以在單獨(dú)的虛擬化體系結(jié)構(gòu)下使用。 固態(tài)盤在虛擬化環(huán)境下寫放大問(wèn)題的優(yōu)化機(jī)制,可以看作是虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的具體應(yīng)用。具體而言,由于虛擬機(jī)管理器的引入,導(dǎo)致虛擬機(jī)文件系統(tǒng)與虛擬機(jī)管理器文件系統(tǒng)之間產(chǎn)生語(yǔ)義缺失,使得底層基于NAND閃存芯片的固態(tài)盤設(shè)備需要接收更多的重寫操作,從而產(chǎn)生持續(xù)寫放大的性能問(wèn)題。該機(jī)制通過(guò)在虛擬機(jī)管理器層次加入塊級(jí)別的寫操作緩存,并在其上施加特定緩存管理邏輯,以緩解重寫操作增多而導(dǎo)致寫放大問(wèn)題在虛擬化固態(tài)盤上產(chǎn)生的性能負(fù)面影響。 綜上所述,通過(guò)使用虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的新模型,可以減小寫請(qǐng)求所需要消耗的至多80%左右的虛擬化CPU開銷,也可以在虛擬機(jī)管理器層次加入對(duì)特定存儲(chǔ)硬件設(shè)備的優(yōu)化機(jī)制,以此來(lái)對(duì)整個(gè)虛擬化系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的I/O優(yōu)化,緩解共享存儲(chǔ)設(shè)備所需要面對(duì)和處理的I/O壓力。同時(shí),該虛擬化寫操作模型對(duì)讀操作兼容,不影響其性能。
[Abstract]:in addition , that system virtualization technology can provide effective and reliable technical solution for the real - time migration between the operating system and the heterogeneous physical platform , the rapid deployment of the user computing environment , the security isolation of the malware , and the like , thereby reducing the investment cost of the organization or the individual in the computer hardware and related management . However , compared with the traditional operating system environment , the virtualization technology also brings the performance challenge to the writing direction of the bottom layer storage device . This is because : firstly , due to the introduction of the virtual machine manager , the write request inside the virtual machine needs to experience longer I / 0 path , and the additional CPU overhead is increased ; secondly , the introduction of the virtual machine manager makes it difficult to obtain accurate storage device related information and further aggravate the performance bottleneck . The synchronous processing in the virtual machine means that the write request can bypass the complex asynchronous processing logic of the file system and shorten the I / O path between the virtual machine level and the virtual machine manager level , and the asynchronous processing refers to the optimization at the virtual machine manager level according to the specific storage characteristic of the bottom layer before the write request of the block level reaches the storage hardware , so as to reduce the processing pressure generated due to the explosion of the concurrent I / O . By utilizing the inter - domain communication interface provided by the virtual machine system , the CPU overhead of the write operation from the virtual machine level to the virtual machine manager level is further reduced . in particular , due to the introduction of the virtual machine manager , a semantic loss is generated between the virtual machine file system and the virtual machine manager file system , so that the bottom layer based on the NAND flash chip can generate a performance problem of continuous write amplification . In conclusion , by using the new model of the local storage and writing operation of the virtual machine , the virtualization CPU overhead of up to 80 % consumed by the write request can be reduced , and the optimization mechanism for the specific storage hardware device can be added at the virtual machine manager level , so that the I / O pressure required to be faced and processed by the shared storage device can be relieved , and meanwhile , the virtualization writing operation model is compatible with the read operation , and the performance thereof is not affected .

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP302

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李英壯;廖培騰;孫夢(mèng);李先毅;;基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J];實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理;2011年05期

2 馮華;唐宏偉;盧凱;;一種新的Hypervisor邏輯域通道設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)工程與科學(xué);2011年09期

3 ;九大最新熱門IT技術(shù)把把都是雙刃劍[J];中國(guó)新通信;2008年04期

4 青云團(tuán)隊(duì);;基于Web的云環(huán)境管理系統(tǒng)[J];中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò);2011年01期

5 劉進(jìn)軍;趙生慧;;面向云計(jì)算的多虛擬機(jī)管理模型的設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2011年05期

6 上海交通大學(xué)云之力量團(tuán)隊(duì);;基于云計(jì)算的測(cè)試平臺(tái)[J];中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò);2011年04期

7 ;Oracle更新SPARC系統(tǒng) 提升虛擬機(jī)性能[J];電腦編程技巧與維護(hù);2011年13期

8 陳取才,張?zhí)N玉,胡修林;Windows下傳輸緩沖區(qū)的分配策略及其比較[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào);2001年02期

9 何新華;金國(guó)柱;王瓊;;仿真試驗(yàn)中的虛擬化技術(shù)應(yīng)用[J];四川兵工學(xué)報(bào);2011年08期

10 ;虛擬化力助上海電信研究院測(cè)試環(huán)境靈活部署[J];通信世界;2008年40期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 段翼真;王曉程;;可信安全虛擬機(jī)平臺(tái)的研究[A];第26次全國(guó)計(jì)算機(jī)安全學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

2 俞乃博;;云計(jì)算—IaaS服務(wù)模式探討[A];中國(guó)通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)2011年年會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2011年

3 林曄;徐穎;;利用虛擬化存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的安全搬遷[A];中國(guó)新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上篇）[C];2011年

4 楊元利;;基于職業(yè)能力培養(yǎng)的物流課程虛擬化教學(xué)結(jié)構(gòu)化分析[A];Proceedings of 2010 National Vocational Education of Communications and Information Technology Conference (2010 NVCIC)[C];2010年

5 肖鈞;黃亮;;虛擬化搭配去重,雙劍合璧更給力[A];2011年CAD/CAM學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集[C];2011年

6 湯正瑜;;淺論“云計(jì)算”在企業(yè)信息化建設(shè)中的實(shí)現(xiàn)[A];2010年MIS/S&A學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集（中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)論文集）[C];2010年

7 戴俊;;虛擬機(jī)技術(shù)在冶金模型平臺(tái)中的應(yīng)用[A];中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2011年會(huì)論文集[C];2011年

8 王劍鋒;;“虛擬”豐“云”——虛擬化和云計(jì)算技術(shù)淺析[A];中國(guó)新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會(huì)五屆一次理事會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上篇）[C];2009年

9 陳景君;;基于可信計(jì)算的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施安全集成方案[A];天津市電視技術(shù)研究會(huì)2012年年會(huì)論文集[C];2012年

10 劉孟全;;服務(wù)器虛擬化相關(guān)問(wèn)題分析[A];廣西計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)2009年年會(huì)論文集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 鄒大斌;VMware推出新虛擬機(jī)管理工具[N];計(jì)算機(jī)世界;2011年

2 周源;虛擬之后的那些事兒[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2010年

3 沈建苗　編譯;虛擬化響起安全警報(bào)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

4 清水　編譯;服務(wù)器虛擬化四足鼎立誰(shuí)更強(qiáng)？[N];計(jì)算機(jī)世界;2011年

5 清水　編譯;私有云部署實(shí)戰(zhàn)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

6 清水;用戶體驗(yàn)決定桌面虛擬化成敗[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 《Network world》Jim Duffy 沈建苗 編譯;Visa借助虛擬化改造數(shù)據(jù)中心[N];計(jì)算機(jī)世界;2008年

8 李曉輝;虛擬化正在成為主流[N];電腦商報(bào);2006年

9 祁金華;虛擬化將成x86平臺(tái)標(biāo)配[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2007年

10 祁金華;VMware CEO：點(diǎn)燃中國(guó)虛擬化市場(chǎng)燎原之火[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李丁丁;虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫性能優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2013年

2 鄧?yán)?基于虛擬機(jī)遷移的動(dòng)態(tài)資源配置研究[D];華中科技大學(xué);2013年

3 劉海坤;虛擬機(jī)在線遷移性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

4 馬飛;云數(shù)據(jù)中心中虛擬機(jī)放置和實(shí)時(shí)遷移研究[D];北京交通大學(xué);2013年

5 程戈;基于虛擬機(jī)架構(gòu)的可信計(jì)算環(huán)境構(gòu)建機(jī)制研究[D];華中科技大學(xué);2010年

6 陳微;基于動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯的協(xié)同設(shè)計(jì)虛擬機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

7 孟江濤;Xen虛擬機(jī)研究[D];電子科技大學(xué);2010年

8 陳彬;分布環(huán)境下虛擬機(jī)按需部署關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 曹文治;虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2013年

10 王曉靜;I/O虛擬化的性能隔離和優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王忠儒;云環(huán)境下的虛擬機(jī)監(jiān)控和服務(wù)部署關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 潘飛;負(fù)載相關(guān)的虛擬機(jī)放置策略研究[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

3 王曉睿;虛擬機(jī)監(jiān)控器體系結(jié)構(gòu)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2010年

4 葉煒;基于動(dòng)態(tài)備份虛擬機(jī)的高可靠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[D];上海交通大學(xué);2013年

5 馬博;基于內(nèi)存熱插拔的虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理系統(tǒng)[D];華中科技大學(xué);2012年

6 周江福;虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制研究[D];華中科技大學(xué);2012年

7 李永達(dá);虛擬機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2010年

8 黃強(qiáng);基于彈性虛擬機(jī)池的在線遷移能耗模型[D];上海交通大學(xué);2011年

9 劉超;基于虛擬機(jī)內(nèi)存模板的云計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)[D];華中科技大學(xué);2011年

10 劉菲軍;云計(jì)算下虛擬機(jī)部署機(jī)制的研究[D];太原理工大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1446940