在服務(wù)器虛擬化中,多個(gè)虛擬機(jī)共享同一機(jī)器的物理內(nèi)存。由于內(nèi)存的讀寫速度通常要比磁盤等外存設(shè)備高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí),因此將虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)盡量放入內(nèi)存可以提升系統(tǒng)性能。然而研究表明,服務(wù)器有限的內(nèi)存容量正在成為限制虛擬機(jī)部署密度和系統(tǒng)性能提升的瓶頸。內(nèi)存重刪和動(dòng)態(tài)內(nèi)存調(diào)節(jié)是提高虛擬化系統(tǒng)內(nèi)存利用率的兩個(gè)重要技術(shù)。內(nèi)存重刪通過消除重復(fù)數(shù)據(jù)減少虛擬機(jī)的內(nèi)存占用量。動(dòng)態(tài)內(nèi)存調(diào)節(jié)通過回收虛擬機(jī)空閑內(nèi)存提高宿主機(jī)內(nèi)存利用率。本文分析了現(xiàn)有方法的不足,提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案,具體包括:（1）低開銷的內(nèi)存重刪方法現(xiàn)有重刪方案采用頁(yè)面比較的方式發(fā)現(xiàn)重復(fù)頁(yè)面,然而這一過程存在較多的無(wú)效比較。當(dāng)頁(yè)面數(shù)量增多時(shí),無(wú)效比較的次數(shù)增加,CPU開銷也隨之增加。這會(huì)導(dǎo)致重刪的效率隨著服務(wù)器內(nèi)存容量增加而逐漸降低。本文提出了一種低開銷的重刪方法CBF-KSM。CBF-KSM的基本思想是使用Counting Bloom Filter算法在頁(yè)面比較之前進(jìn)行過濾,將非重復(fù)的頁(yè)面過濾掉,僅允許重復(fù)頁(yè)面執(zhí)行比較過程。由于系統(tǒng)中非重復(fù)頁(yè)面的數(shù)量通常要比重復(fù)頁(yè)面多,因此CBF-KSM可以大大減少頁(yè)面的比較次數(shù),降低重刪進(jìn)程的CPU開銷。在系... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１基于Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ的系統(tǒng)虛擬化架構(gòu)圖??

?第１章緒?論???Ａｐｐ．?Ａｐｐ．??？?？參??Ｇｕｅｓｔ?ＯＳ?Ｇｕｅｓｔ?ＯＳ??Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ?（ＶＭＭ）??Ｈｏｓｔ?Ｋｅｒｎｅｌ??Ｈａｒｄｗａｒｅ??圖１．１基于Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ的系統(tǒng)虛擬化架構(gòu)圖??虛擬化為虛擬機(jī)提供了良好的隔離性和安全性。??ＫＶＭ和Ｘｅｎ是基于Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ虛擬化的兩種經(jīng)典開源實(shí)現(xiàn)。得益于開源??特征，它們的可移植性非常好，得到了企業(yè)的青睞和廣泛使用。雖然Ｘｅｎ的起??步更早，且其獨(dú)特的類虛擬化技術(shù)能夠提高良好的性能，但是Ｘｅｎ的易用性較??差。而ＫＶＭ與Ｌｉｎｕｘ內(nèi)核結(jié)合緊密，憑借Ｌｉｎｕｘ的流行和自身良好的隔離性，??ＫＶＭ正逐漸成為虛擬化的技術(shù)主流，例如全球最大的云服務(wù)提供商ＡＷＳ己經(jīng)??將其Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ由早期的Ｘｅｎ替換成了?Ｎｉｔｒｏ，而Ｎｉｔｒｏ正是基于ＫＶＭ的一種定??制化實(shí)現(xiàn)。因此，ＫＶＭ虛擬化正逐漸成為技術(shù)主流。圖１．２展示了?ＫＶＭ的架構(gòu)，??ＫＶＭ于２００７年正式被集成到Ｌｉｎｕｘ?２．６內(nèi)核中，成為內(nèi)核的組成模塊。在實(shí)際??使用中，ＫＶＭ作為內(nèi)核模塊負(fù)責(zé)ＣＰＵ和內(nèi)存的虛擬化，ＱＥＭＵ作為用戶態(tài)工??具負(fù)責(zé)Ｉ／Ｏ設(shè)備的虛擬化，二者互相配合為虛擬機(jī)提供服務(wù)。??Ａｐｐ．?Ａｐｐ．??Ｖｉｒｔｕａｌ?Ｖｉｒｔｕａｌ??Ｍａｃｈｉｎｅ?Ｍａｃｈｉｎｅ?…?Ｐｒ〇ｃｅｓｓ??ＯＥＭＵ??ＱＥＭＵ??ＫＶＭ?Ｍｏｄｕｌｅ?Ｌｉｎｕｘ?Ｋｅｒｎｅｌ?Ｄｅｖｉｃｅ?Ｄｒｉｖｅｒ???—?ｉ????Ｈａｒｄｗａｒｅ??圖１．２?ＫＶＭ架構(gòu)圖??除了基于Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ的系統(tǒng)虛擬化，近幾年也出

?第１章緒?論???６３?４８?３９?３０?２１?１２?０??未使用?ＧＬＯＢＡＬ?ＤＩＲ?ＵＰＰＥＲ?ＤＩＲ?ＭＩＤＤＬＥ?ＤＩＲ?ＴＡＢＬＥ?ＯＦＦＳＥＴ??虛擬地址??頁(yè)面??頁(yè)表參￣＞??頁(yè)中間目錄）??頁(yè)上級(jí)目錄ｉ?ＣＺ｝?Ｔ?＾??頁(yè)全局目錄?￣?９＾—￣￣ｋ??—?？—ｚｍ—Ｊ￣￣??，＿＿ｔ?ｈ?￣￣＾口??１?ＣＲ３?１?＊—１——??圖１．３?Ｌｉｎｕｘ中的內(nèi)存尋址??的透明巨頁(yè)）。下面以６４位ｘ８６平臺(tái)為例，介紹Ｌｉｎｕｘ?４ＫＢ頁(yè)面的尋址過程。如??圖１．３，虛擬地址由五部分組成，其中高１６位是保留位，尚未使用。內(nèi)存尋址從??頁(yè)全局目錄ＰＧＤ開始，ＰＧＤ的物理基址存儲(chǔ)在ＣＲ３寄存器中；ＰＧＤ的物理基??址加上ＧＬＯＢＡＬ?ＤＩＲ段偏移可得到頁(yè)上級(jí)目錄ＰＵＤ的物理基址，以此類推，最??終根據(jù)頁(yè)內(nèi)偏移ＯＦＦＳＥＴ定位到字節(jié)。??１．２．２內(nèi)存虛擬化的原理??ＶＭ?１?ＶＭ?２?ＶＭ?３??「ｔｔ?ｒａ?ｅｅｅｈ?ｍｍｍｍ??虛擬機(jī)視角的內(nèi)存??物理內(nèi)存??圖１．４內(nèi)存虛擬化示意圖??內(nèi)存虛擬化的原理：在沒有虛擬化的場(chǎng)景中，操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的使用基于以??下兩點(diǎn)共識(shí)：第一，內(nèi)存的物理地址都是從０開始的；第二，內(nèi)存地址空間是連??續(xù)的，或者在一個(gè)較大的空間上是連續(xù)的。因此內(nèi)存虛擬化的目的就是為虛擬機(jī)??操作系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)從零開始的連續(xù)內(nèi)存空間，為了達(dá)到這個(gè)目的，內(nèi)存虛擬化為??虛擬機(jī)引入了客戶機(jī)物理內(nèi)存空間的概念。客戶機(jī)物理內(nèi)存地址（Ｇｕｅｓｔ?Ｐｈｙｓｉｃａｌ??Ａｄｄｒｅｓｓ，以下簡(jiǎn)稱ＧＰＡ）通過宿主機(jī)虛擬內(nèi)存地址（Ｈｏｓｔ?Ｖｉｒｔｕａｌ


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