【摘要】：隨著近年來(lái)虛擬桌面系統(tǒng)和云計(jì)算技術(shù)的蓬勃發(fā)展，虛擬化技術(shù)不斷成熟和完善。與此同時(shí)，虛擬化環(huán)境中的應(yīng)用服務(wù)也呈現(xiàn)多元化，并難以預(yù)測(cè)。由于虛擬機(jī)監(jiān)視器對(duì)于虛擬機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用服務(wù)缺乏直觀的了解，所以應(yīng)用類型的不確定性使得虛擬機(jī)之間的合理資源分配變得困難。特別是，虛擬機(jī)VCPU調(diào)度算法對(duì)于I/O性能影響尤為顯著。針對(duì)虛擬機(jī)監(jiān)視器無(wú)法感知應(yīng)用特征的問(wèn)題，本文提出了基于應(yīng)用特征感知的VCPU調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)，Xen能夠感知應(yīng)用類型的I/O密集性特征，，為VCPU調(diào)度算法高效分配物理計(jì)算資源提供有效依據(jù)，改善I/O響應(yīng)延遲。 本文首先分析了Xen虛擬化平臺(tái)中的關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)研究了Xen的I/O虛擬化技術(shù)和前后端分離的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型；分析了Xen中的虛擬VCPU調(diào)度算法，論述了BOOSTING機(jī)制在調(diào)度算法處理I/O密集型應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)的加速作用；針對(duì)混合型應(yīng)用，提出了由于Xen虛擬機(jī)監(jiān)視器與上層應(yīng)用之間的“語(yǔ)義鴻溝”，導(dǎo)致了Xen無(wú)法感應(yīng)到混合型應(yīng)用中的I/O密集型任務(wù)，進(jìn)而使得VCPU調(diào)度算法無(wú)法為I/O密集型應(yīng)用的處理提供優(yōu)先調(diào)度，BOOSTING機(jī)制無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用，最終使得I/O響應(yīng)延遲較大；為了解決上述問(wèn)題，提出了基于應(yīng)用特征的VCPU調(diào)度優(yōu)化技術(shù)。 其次，該方法通過(guò)建立基于虛擬網(wǎng)絡(luò)后端的I/O特征感應(yīng)代理，解析經(jīng)過(guò)特權(quán)域轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，保存網(wǎng)絡(luò)流量的歷史記錄。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)虛擬機(jī)中應(yīng)用類型不可預(yù)知的特點(diǎn)，建立了基于置信度的I/O密集性的判定算法，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用短期和長(zhǎng)期的I/O密集性特征的變化，為測(cè)量I/O密集性提供了一種動(dòng)態(tài)方法。 第三，本文在建立了I/O特征測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改事件通知機(jī)制，為I/O請(qǐng)求附加了緊迫性信息。通過(guò)設(shè)計(jì)VCPU局部加速機(jī)制，改進(jìn)了VCPU調(diào)度策略，使得調(diào)度算法最終能夠感應(yīng)混合應(yīng)用中的I/O密集性特征，從而對(duì)于VCPU的調(diào)度更有針對(duì)性，有效降低了混合應(yīng)用中I/O請(qǐng)求的響應(yīng)延遲。 最后，確定了I/O密集性判定算法中的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在使用了基于應(yīng)用特征的VCPU調(diào)度技術(shù)后，網(wǎng)絡(luò)I/O延遲有明顯下降，驗(yàn)證了該技術(shù)的有效性。此外，還通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了VCPU局部加速率對(duì)于網(wǎng)絡(luò)吞吐率和CPU利用率的影響，其中，通過(guò)提高VCPU局部加速率，可以大幅提高I/O密集型應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)吞吐率。
[Abstract]:With the rapid development of virtual desktop system and cloud computing technology, virtualization technology is mature and perfect. At the same time, the application services in the virtualization environment are diversified and difficult to predict. Because the virtual machine monitor lacks the intuitive understanding of the application service running on the virtual machine, the uncertainty of the application type makes the reasonable resource allocation between the virtual machines difficult. In particular, the virtual machine VCPU scheduling algorithm has a significant impact on I / O performance. Aiming at the problem that virtual machine monitor can not perceive application feature, this paper proposes a VCPU scheduling optimization technology based on application feature awareness. By using this technique, Xen can perceive the I / O density of the application type, which provides an effective basis for the efficient allocation of physical computing resources by the VCPU scheduling algorithm, and improves the I / O response delay. In this paper, the key technologies of Xen virtualization platform are analyzed, the I / O virtualization technology of Xen and the virtual device driver model are studied in detail, and the virtual VCPU scheduling algorithm in Xen is analyzed. This paper discusses the accelerating effect of BOOSTING mechanism when scheduling algorithms deal with the response of I / O intensive applications, and proposes the semantic gap between Xen virtual machine monitors and upper applications for hybrid applications. As a result, Xen can not sense the I / O intensive tasks in hybrid applications, which makes the VCPU scheduling algorithm unable to provide the priority scheduling mechanism for the processing of I / O intensive applications, and finally makes the I / O response delay larger. In order to solve the above problems, a VCPU scheduling optimization technique based on application features is proposed. Secondly, by establishing the I / O feature sensing agent based on the virtual network back end, the method resolves the network packets forwarded through the privileged domain, and saves the historical records of the network traffic. On this basis, in view of the unpredictable characteristics of application types in virtual machines, an I / O denseness determination algorithm based on confidence degree is established, which takes into account the changes of I / O density characteristics of network applications in the short and long term. It provides a dynamic method for measuring I / O denseness. Thirdly, based on the standard of I / O feature measurement, the urgency information is added to the I / O request by modifying the event notification mechanism. By designing the local acceleration mechanism of VCPU, the VCPU scheduling strategy is improved, so that the scheduling algorithm can eventually sense the I / O density in hybrid applications, which is more pertinent to the scheduling of VCPU. The response latency of I / O requests in hybrid applications is reduced effectively. Finally, the relevant parameters in the algorithm of I / O denseness determination are determined. The experimental results show that the network I / O delay is significantly reduced after using the VCPU scheduling technology based on the application characteristics, and the effectiveness of this technique is verified. In addition, the effect of VCPU local acceleration on network throughput and CPU utilization is analyzed through experiments. By increasing VCPU local acceleration, the network throughput of I / O intensive applications can be greatly improved.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP302

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本文編號(hào)：2222785