本文關鍵詞：小規(guī)模高性能虛擬集群關鍵技術研究

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【摘要】：將虛擬化技術應用在高性能計算領域是當前高性能計算研究的一個熱點,但對于小規(guī)模高性能計算來說,由于自身硬件資源異構、追求峰值計算速度等特點,因此對虛擬化技術有著自己的特定需求,并不是所有的虛擬化技術都適合。目前國內外都是圍繞著虛擬化對高性能計算整體解決方案的研究,然而,基于小規(guī)模高性能計算,當前缺乏對虛擬化核心技術的研究。 針對以上問題,本文深入研究了虛擬化技術,通過基準測試對Xen和KVM進行針對高性能計算的性能評估,實驗顯示KVM比Xen更適合構建小規(guī)模高性能虛擬集群；接著通過對KVM調度策略進行改進優(yōu)化以獲得性能上的提升；最后提出一種針對小規(guī)模高性能虛擬集群的解決方案。如下是本文主要研究的內容： ·首先深入研究了虛擬化技術的原理,包括完全虛擬化和類虛擬化等,并對當前流行的開源虛擬化技術KVM和Xen進行性能評估(包括整體系統(tǒng)性能評估和針對HPC的系統(tǒng)擴展性評估兩部分),選出最適合高性能計算的虛擬化技術； ·深入分析了KVM的調度策略,為了減少虛擬化所帶來的性能開銷,對優(yōu)化后的KVM調度機制進行評估,通過HPC Challenge Benchmark Suite基準測試顯示優(yōu)化后的KVM調度機制可表現出較好的性能； ·由集群和虛擬集群的概念,說明虛擬集群的優(yōu)勢,同時介紹了Rocks集群系統(tǒng)的PXE網絡啟動協(xié)議、Kickstart自動安裝工具、Ganglia監(jiān)控系統(tǒng)和Sun Grid Engine(SGE)集群管理系統(tǒng)。 ·最后介紹了基于所研究的兩項關鍵技術構建Rocks高性能計算集群的設計與部署過程。對所構建的Rocks高性能虛擬集群從Linpack微觀基準測試和NPB宏觀基準測試兩方面進行了評估(包括KVM調度策略改進前和改進后),結果顯示改進的KVM調度策略表現出接近物理集群的性能,對實施高性能服務是一個可行的解決方案。 本文的主要研究特色如下： ·研究了虛擬化技術的本質,針對HPC負載,對Xen和KVM虛擬化進行評估,得出KVM是較適合高性能計算的虛擬化技術； ·研究了KVM虛擬機管理器調度策略,通過基準測試顯示優(yōu)化后的KVM調度策略表現較好的性能； ·基于以上關鍵技術描述了Rocks虛擬集群的設計與構建過程； ·通過基準測試指出Rocks Clusters是一個有效的實施高性能計算負載的虛擬集群； ·指出針對KVM的CPU調度策略的優(yōu)化,通過基準測試顯示出Rocks虛擬集群與高性能物理集群相當的性能,把虛擬化性能損失控制到最小。
【關鍵詞】：虛擬化 高性能計算(HPC) 集群 Kernel-based Virtual Machine(KVM) Xen 云計算 高性能計算云(HPC in the Cloud)
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP38
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-15
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 研究現狀11-13
• 1.3 論文主要內容及工作13-15
• 第二章 虛擬化技術研究15-29
• 2.1 系統(tǒng)虛擬化15-21
• 2.1.1 概述15-20
• 2.1.2 虛擬化應用模式和益處20-21
• 2.2 KVM與XEN性能評估21-28
• 2.2.1 LMbench測試22-24
• 2.2.2 擴展性測試24-27
• 2.2.3 小規(guī)模定義27-28
• 2.3 本章小結28-29
• 第三章 KVM虛擬機管理器調度策略研究29-38
• 3.1 概述29-31
• 3.1.1 Linux調度策略29-30
• 3.1.2 KVM虛擬化30-31
• 3.2 KVM調度優(yōu)化31-37
• 3.2.1 優(yōu)化策略31-35
• 3.2.2 測試環(huán)境及結果35-37
• 3.3 本章小結37-38
• 第四章 基于ROCKS虛擬集群設計與實現38-60
• 4.1 集群和虛擬集群38-40
• 4.1.1 集群概念38-39
• 4.1.2 虛擬集群定義和優(yōu)勢39-40
• 4.2 ROCKS CLUSTER介紹40-46
• 4.2.1 PXE41-42
• 4.2.2 Kickstart42-43
• 4.2.3 Ganglia43-44
• 4.2.4 SGE44-46
• 4.3 ROCKS虛擬集群設計與安裝46-53
• 4.3.1 Rocks的硬件需求和網絡架構47-49
• 4.3.2 前端配置與安裝49-52
• 4.3.3 節(jié)點機的配置與安裝52-53
• 4.4 ROCKS虛擬集群性能評估53-58
• 4.4.1 性能評估方法54-56
• 4.4.2 微觀基準測試評估56-57
• 4.4.3 宏觀基準測試評估57-58
• 4.5 本章小結58-60
• 第五章 總結與展望60-62
• 5.1 結論60-61
• 5.2 研究展望61-62
• 參考文獻62-65
• 致謝65-66
• 附錄66
• A1. 攻讀碩士學位期間主持的科研項目66
• A2. 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文66
• A3. 攻讀碩士學位期間獲準的軟件著作權登記66

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前4條

1 陳文波;李嬋娟;周慶國;李廉;;高性能計算平臺基于HPCC的性能分析[J];計算機工程與應用;2008年10期

2 李春艷;張學杰;;基于高性能計算的開源云平臺性能評估[J];計算機應用;2013年12期

3 李春艷;張學杰;;基于基準測試的高性能計算云研究[J];計算機科學;2013年12期

4 李媛;張建林;張銳;宋鳳珍;;集群作業(yè)管理系統(tǒng)SGE及其應用[J];計算機工程與設計;2009年12期

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本文編號：925298