云環(huán)境中的虛擬機可靠性和性能優(yōu)化研究.pdf

1、云計算供應(yīng)商能夠及時準(zhǔn)確地將云資源提供給客戶，原因是云的體系架構(gòu)具有強大的計算能力，通信能力和存儲能力。虛擬化技術(shù)是云計算的體系架構(gòu)中所使用的關(guān)鍵技術(shù)。它是在有限的物理資源的基礎(chǔ)上，抽象地虛擬出多個相似特性的實體給更多的服務(wù)對象。傳統(tǒng)的虛擬化指的是硬件的虛擬化。即在已經(jīng)有的計算機硬件的基礎(chǔ)上，盡可能地模擬硬件的功能，提供虛擬的硬件資源給服務(wù)的實體。近幾年，虛擬化技術(shù)已經(jīng)擴展到軟件虛擬化領(lǐng)域。這些都為云的用戶和租客獲取充足的虛擬硬件和軟件

2、資源提供了一定的保證。
　　近幾年，隨著云計算虛擬機的系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜性的增加，以及云計算服務(wù)的規(guī)模和范圍的擴大，如何更好地確保虛擬機個體在云計算中的服務(wù)質(zhì)量成為目前云計算研究的一個重要課題。在研究該課題的過程中，本論文發(fā)現(xiàn)了以下問題：
　　1.隨著虛擬機內(nèi)部運行很多的任務(wù)密集型和關(guān)鍵型的應(yīng)用，它們會產(chǎn)生頻繁的訪存操作。因此虛擬機的內(nèi)存必須有內(nèi)存高可靠技術(shù)來保證其正常工作，否則一旦內(nèi)存崩潰，與內(nèi)存相關(guān)的所有訪存操作都將

3、終止。目前的虛擬機內(nèi)存高可靠方案大多為通用性差，造價高的硬件方案。如何設(shè)計和實現(xiàn)一個通用的，性價比高的虛擬機內(nèi)存高可靠方案成為本論文研究的第一個問題。
　　2.在云計算中，單個虛擬機既有可能運行CPU密集型應(yīng)用，又有可能運行GPU密集型應(yīng)用。不同的應(yīng)用必須及時地獲取相應(yīng)的CPU和GPU的資源，否則就有可能影響應(yīng)用程序的性能。因此需要針對不同的多核資源進行有效的調(diào)度。目前的大多數(shù)調(diào)度策略都是針對單一種類處理器的調(diào)度方法。從而導(dǎo)致了調(diào)

4、度同種一處理器的過程中過度占用另一種處理器的計算資源。本論文將對這一問題提出自己的解決方案。
　　3.云計算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確保帶寬按照客戶虛擬機的付費情況進行分配。但是在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，惡意虛擬機可以利用帶寬分配策略在線路上隨意增加連接數(shù)來增加自己所獲取的帶寬。因此，在分配過程中解決虛擬機帶寬的惡意操縱問題是本文的第三個研究點。
　　基于以上3個研究問題，本論文進行了以下的研究工作：
　　1.本文實現(xiàn)了內(nèi)存高可靠的體系架

5、構(gòu)kMemvisor。kMemvisor是基于Xen虛擬化中的直接頁表和影子頁表技術(shù)實現(xiàn)的軟件定義的高可靠內(nèi)存保障方案。kMemvisor可以提供系統(tǒng)層以及數(shù)據(jù)層的內(nèi)存鏡像，保證虛擬機監(jiān)控器同步寫鏡像內(nèi)存。
　　2.本文提出了一個在GPU/CPU混合的多虛擬機環(huán)境下多核資源分配的架構(gòu)vHybrid。它可以在云環(huán)境下有效地分配CPU資源和GPU資源給不同的密集型應(yīng)用并且不需要修改客戶機操作系統(tǒng)內(nèi)核。vHybrid的調(diào)度器集成了開環(huán)控