【摘要】：多處理機(jī)系統(tǒng)中引入虛擬化,會(huì)帶來很大的優(yōu)勢(shì)——多處理機(jī)系統(tǒng)使得虛擬化技術(shù)能夠應(yīng)用更多原本可能會(huì)被浪費(fèi)的處理器周期和計(jì)算資源,從而實(shí)現(xiàn)集中化計(jì)算和資源的動(dòng)態(tài)分配,充分利用了系統(tǒng)資源,將性能提升到一個(gè)新的高度。但同時(shí),多處理機(jī)系統(tǒng)中引入虛擬化之后,也引發(fā)了一些問題,鎖持有者搶占問題就是其中之一。從設(shè)計(jì)上來說,自旋鎖只能持有很短的時(shí)間。但如果一個(gè)虛擬機(jī)的某個(gè)VCPU被搶占的時(shí)候持有鎖的話,這一點(diǎn)就不再成立——這個(gè)虛擬機(jī)的其他正在運(yùn)行的VCPU有可能申請(qǐng)并等待這個(gè)鎖的釋放,這就導(dǎo)致了鎖持有時(shí)間延長(zhǎng),大量處理器周期被浪費(fèi),極大地影響了性能和可擴(kuò)展性。 鎖感知的多處理機(jī)VCPU調(diào)度系統(tǒng)提供了一種多處理機(jī)虛擬化環(huán)境下的VCPU調(diào)度策略。系統(tǒng)通過在虛擬機(jī)內(nèi)核中監(jiān)控自旋鎖,對(duì)自旋鎖進(jìn)行精確計(jì)數(shù),并基于計(jì)數(shù)結(jié)果,在Hypervisor(虛擬化環(huán)境的管理和監(jiān)控系統(tǒng))中采用一種高效公平的調(diào)度策略,有效解決了鎖持有者搶占問題,提高了多處理機(jī)系統(tǒng)中虛擬機(jī)的性能。系統(tǒng)的鎖監(jiān)控模塊從虛擬機(jī)內(nèi)核中取得本虛擬機(jī)中的鎖計(jì)數(shù)信息,并將其傳遞給位于中間層的通訊模塊;通訊模塊將得到的信息匯總,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與映射,得到各個(gè)虛擬機(jī)中各個(gè)VCPU上的鎖計(jì)數(shù)信息;Hypervisor調(diào)度層的VCPU控制模塊讀取鎖計(jì)數(shù)信息,以做出VCPU控制決策;虛擬機(jī)中的統(tǒng)計(jì)模塊從Guest OS內(nèi)核中取得原始的鎖狀態(tài)信息數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺x的、分類的鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息,打印到控制臺(tái)上,或生成自旋鎖統(tǒng)計(jì)的日志文件。 功能測(cè)試的結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行,在運(yùn)行過程中,調(diào)度VCPU時(shí)能夠避免鎖持有者搶占問題。性能分析主要是與原始的Xen系統(tǒng)及采用現(xiàn)有解決方案的系統(tǒng)比較IO密集型負(fù)載及CPU計(jì)算型負(fù)載運(yùn)行時(shí)的性能。性能測(cè)試結(jié)果表明,相對(duì)于現(xiàn)有解決方案,系統(tǒng)運(yùn)行IO密集型負(fù)載的性能提高約10%,運(yùn)行CPU計(jì)算型負(fù)載的性能提高約5%。在運(yùn)行這兩種負(fù)載的過程中,自旋鎖持有的平均時(shí)間和等待時(shí)間均大幅下降,相較于原始的Xen系統(tǒng),對(duì)于IO密集型負(fù)載,下降幅度分別為28%和97%,對(duì)于CPU計(jì)算型負(fù)載,下降幅度分別為74%和99%。
【圖文】：

下文切換的時(shí)間。如果需要長(zhǎng)時(shí)間持由于不存在多個(gè)線程同時(shí)訪問臨界區(qū)行時(shí)，自旋鎖部分實(shí)際上什么都沒統(tǒng)上。有者搶占問題產(chǎn)生的原因機(jī)系統(tǒng)采用分層的體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)[2作系統(tǒng)提供了一組接口——指令從理論上來說，如果操作系統(tǒng)要在一提供的指令集合[21]。

en 的核心功能之一就是多任務(wù)。Hypervisor 確保每一個(gè)運(yùn)行的 Guest OS 都應(yīng)的 CPU 時(shí)間。作為一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，Xen 調(diào)度需要在保證各個(gè) dom的公平性，以及達(dá)到良好的整體吞吐量之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。似 Xen 這樣的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)調(diào)度機(jī)制的時(shí)候與操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有部分[29][30]。操作系統(tǒng)提供一個(gè) N：M 的線程庫(kù)，其中，N 個(gè)線程是由操作系統(tǒng)調(diào)度的內(nèi)核線程，通常是每個(gè)物理上下文（physical context）運(yùn)行一個(gè)線程程是在用戶空間運(yùn)行的用戶線程[31][32]。在 Xen 中，，情況與操作系統(tǒng)類似，XPU 就相當(dāng)于操作系統(tǒng)的內(nèi)核線程，各個(gè) domain 的內(nèi)核進(jìn)程就相當(dāng)于操作系線程。此外，由于在 domain 中還可以運(yùn)行用戶線程，因此，在 Xen 中，從CPU，一共有三層調(diào)度關(guān)系（如圖 2.3 所示）：1） Guest OS 的用戶線程庫(kù)將 M 個(gè)用戶線程映射到 N 個(gè)內(nèi)核線程上；2）Guest OS 的內(nèi)核將 N 個(gè)內(nèi)核線程映射到 X 個(gè) VCPU 上；3）Xen 的 Hypervisor 將 X 個(gè) VCPU 映射到物理 Y 個(gè) CPU 上。常情況下，M>N，X>Y。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2699797