基于多核的虚拟机监控器调度优化研究

发布时间：2020-06-24 21:42

【摘要】：随着科学技术的发展,服务器和微型计算机的CPU已经从单核过渡到多核,将来的计算机将具有越来越多的计算资源。系统虚拟化将一台物理计算机系统虚拟为若干台虚拟计算机系统,在多核的环境下能够支持多个虚拟机同时运行,将单一系统细分成多个系统以容纳更多的客户执行环境以及更多的应用,从而提高系统的利用率。系统虚拟化技术虽然为高性能计算带来了灵活性,但是,不同的高性能计算应用对于计算资源的需求不同。因此,如何根据应用需求对虚拟计算资源进行高效的管理,如何充分发挥多核体系结构的性能等问题都有待深入研究。本文根据了Intel硬件虚拟化和Xen虚拟机监控器技术,在虚拟机监控器调度方面在现有CPU虚拟化的框架上设计了新的调度算法并实现了调度器以提高性能降低响应延迟,并基于CPU热插拔做了进一步的性能优化。主要的研究内容如下： 1.对Intel硬件虚拟化技术和Xen虚拟机监控器做出分析,认为调度算法在CPU虚拟化分配处理器资源中起关键作用,对虚拟机的计算性能和需求响应有很大影响。 2.在Xen现有调度算法的基础上,根据实际应用环境的需要,设计并实现了新的调度算法。该调度算法将虚拟系统中的需要高性能和低响应延迟的关键应用虚拟域所拥有的vcpu与非关键应用虚拟域所拥有的vcpu分别处理。关键应用虚拟域的每一个vcpu和一个物理CPU互相绑定,不因为调度被定时器中断或进行上下文切换,因此提高了vcpu的性能、降低了vcpu的响应延迟。非关键应用虚拟域所有的vcpu在没有绑定的物理CPU调度,通过调度使vcpu公平获得在物理CPU上的运行时间,通过负载平衡平均多个物理CPU的使用率。 3.半虚拟域的操作系统对CPU热插拔的支持,使得在整个虚拟化系统中关键应用虚拟域有较多vcpu,非关键应用虚拟域的多个vcpu只能运行在相对较少的物理CPU时,可以通过热移除Domain0的vcpu使任务和功能不变而vcpu;总数减少,从而降低了频繁切换vcpu引起的性能下降。在测试平台上采用Linpack工具和Mini-OS半虚拟化操作系统对计算性能和网络响应延迟的测量比较,表明以上工作能够使关键应用虚拟域在同样的CPU和硬件环境上达到比Xen原有调度算法更高的计算性能,其他虚拟域的CPU使用情况不会影响该关键应用虚拟域的计算性能,大大降低关键应用虚拟域系统对外来需求的响应延迟。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP302

【参考文献】