云計(jì)算的興起與發(fā)展徹底改變了人們對(duì)計(jì)算資源的使用方式,促生了以計(jì)算為中心向以業(yè)務(wù)和服務(wù)為中心的一次變革性轉(zhuǎn)化�；A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure-as-a-Service,IaaS)模式在云計(jì)算的服務(wù)模式中占據(jù)了重要的地位,同時(shí)也是當(dāng)前云計(jì)算市場(chǎng)上主要組成部分。IaaS云服務(wù)將硬件基礎(chǔ)設(shè)施,包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等,作為一種可計(jì)量可伸縮的資源提供給客戶,我們稱之為彈性虛擬資源。彈性虛擬資源的服務(wù)性能決定了云服務(wù)的經(jīng)濟(jì)成本與服務(wù)質(zhì)量,因而成為提供商和用戶共同關(guān)注的核心問題。優(yōu)化彈性資源的性能面臨著許多挑戰(zhàn),解決這些問題不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,而且具有廣闊的應(yīng)用前景。針對(duì)當(dāng)前IaaS云計(jì)算大規(guī)模虛擬機(jī)群部署時(shí)間較長(zhǎng)的問題,本文提出了一種基于分布式塊設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)虛擬機(jī)集群快速部署方法VMThunder,實(shí)現(xiàn)了10秒到20秒時(shí)間級(jí)的百臺(tái)數(shù)量級(jí)虛擬機(jī)集群快速部署,有效提高了部署效率。該方法的核心思想是:基于虛擬機(jī)啟動(dòng)過程中的按需性、多虛擬機(jī)啟動(dòng)行為相似性等特點(diǎn),利用塊設(shè)備系統(tǒng)的靈活映射和配置,通過虛擬機(jī)按需獲取啟動(dòng)數(shù)據(jù)、在中繼節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)并對(duì)外提供與原始鏡像服務(wù)器等價(jià)服務(wù)的方法,減少了單機(jī)載入數(shù)據(jù)量,減少了存儲(chǔ)服務(wù)器總負(fù)載,從而達(dá)到加快部署時(shí)間的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,本文針對(duì)用戶需要在虛擬機(jī)啟動(dòng)后快速啟動(dòng)應(yīng)用程序的需求,提出了一種基于虛擬機(jī)休眠恢復(fù)的虛擬機(jī)集群快速部署方法VMThunder+,可以在VMThunder相近時(shí)延下啟動(dòng)并攜帶指定的應(yīng)用狀態(tài)。VMThunder和VMThunder+在國(guó)家超算天津中心得到了實(shí)際大規(guī)模的部署和測(cè)試,實(shí)驗(yàn)表明,實(shí)測(cè)160臺(tái)虛擬機(jī)的啟動(dòng)總耗時(shí)與單機(jī)上啟動(dòng)一臺(tái)虛擬機(jī)耗時(shí)相似,同時(shí)兩種方法均可以保證虛擬機(jī)運(yùn)行態(tài)的性能。在傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)中,預(yù)讀機(jī)制對(duì)提高存儲(chǔ)I/O性能發(fā)揮著巨大的作用;而在分布式多虛擬抽象層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中,預(yù)讀機(jī)制則表現(xiàn)出預(yù)讀傳遞、預(yù)讀疊加、以及預(yù)讀窗口激進(jìn)展開等現(xiàn)象,帶來了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量增加、阻礙序列后續(xù)請(qǐng)求等問題。針對(duì)該問題,本文通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了多層預(yù)讀機(jī)制中的預(yù)讀傳遞與疊加現(xiàn)象對(duì)維持整個(gè)虛擬存儲(chǔ)的性能是必要的;同時(shí),本文提出了一種扇形預(yù)讀窗口展開機(jī)制來克服激進(jìn)窗口展開機(jī)制帶來的數(shù)據(jù)流量陡增現(xiàn)象。該機(jī)制的主要思想是:通過建立讀請(qǐng)求的深度信息維護(hù)機(jī)制,使每層虛擬抽象層感知自身在整個(gè)I/O路徑上的位置,進(jìn)而協(xié)同完成整體預(yù)讀窗口的展開;協(xié)同式的窗口展開方式平滑且幅第i頁度小,可以有效避免過于激進(jìn)的、阻塞后續(xù)讀請(qǐng)求的初始預(yù)讀窗口;該協(xié)同預(yù)讀窗口的展開機(jī)制是適應(yīng)性的,可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)調(diào)節(jié)窗口展開的粒度。通過實(shí)驗(yàn),我們將多層體系結(jié)構(gòu)下的讀數(shù)據(jù)訪問性能提升了20%到50%。并且,讀請(qǐng)求中序列數(shù)量越多,激進(jìn)的預(yù)讀窗口展開機(jī)制帶來的性能損耗越大,該機(jī)制發(fā)揮的作用也越大。雖然在線遷移使得虛擬機(jī)的可用率可以高于物理機(jī)的可用率,但當(dāng)前虛擬機(jī)的遷移性能尚不理想。針對(duì)該問題,本文提出了面向存儲(chǔ)遷移問題的解耦合在線存儲(chǔ)遷移方法DLSM和面向內(nèi)存遷移問題的塊設(shè)備化解耦合在線遷移方法BDLM。其核心技術(shù)點(diǎn)是:DLSM通過塊設(shè)備系統(tǒng)的靈活映射與配置,實(shí)現(xiàn)了先遷后拷(Post-Copy)技術(shù),有效的避免了迭代拷貝臟數(shù)據(jù)與遷移收斂問題;DLSM由于在存儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn),對(duì)虛擬機(jī)透明,因此輕量地解決了已有先遷后拷方法中復(fù)雜的修改虛擬機(jī)管理器和其引發(fā)的內(nèi)存數(shù)據(jù)崩潰等衍生問題。BDLM通過氣球過充的方法來完成內(nèi)存數(shù)據(jù)的塊設(shè)備化,從而復(fù)用DLSM方法完成輕量級(jí)的內(nèi)存在線遷移,有效的減小了內(nèi)存遷移中對(duì)內(nèi)存缺頁等問題進(jìn)行維護(hù)的復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)證明:較KVM原生CSI存儲(chǔ)遷移方法,DLSM相比縮短了50%至70%的遷移時(shí)間,同時(shí)能有效減少CSI遷移不收斂問題的發(fā)生;而BDLM在KVM原生停機(jī)時(shí)間(60ms)的基礎(chǔ)上,縮短了遷移時(shí)間,如1GB內(nèi)存負(fù)載、115MB/s寫臟頁率情況下,將遷移時(shí)間從原有先拷后遷90s遷移時(shí)間縮短到在20s之內(nèi)。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TP302

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本文編號(hào)：2821734