Xen虚拟机调度算法的实时性能研究

发布时间：2017-04-22 21:12

  本文关键词：Xen虚拟机调度算法的实时性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,虚拟化技术受到越来越多的关注。虚拟化技术作为最热门的IT技术之一,因其在降低软硬件资源消耗和提高计算资源的利用率方面的优势而受到青睐。在众多虚拟化技术中,Xen是近年来最受研究者们关注的虚拟化技术之一,是一个基于x86架构、发展最快、性能最稳定、占用资源最少的虚拟化技术,被认为是未来最有前途的虚拟化解决方案之一。Xen是一个开源的虚拟机项目,其性能接近单机操作系统的性能。Xen需要在一段固定的时间内将各个CPU时间片合理高效地分配给在其上运行的各个操作系统,从而达到多任务的目的。这个分配CPU时间片的算法就是通常说的调度算法。在虚拟机中,虚拟处理器(Virtual CPU,简称VCPU)调度算法是指由虚拟机根据一定的策略决定当前哪一个VCPU在物理处理器上执行的算法。VCPU调度算法的好坏对处理器虚拟化性能影响较大,所以好的调度算法能够很大程度上提高Xen的性能,VCPU调度是近年来虚拟化技术研究的一个重点。Xen中两个最常用的调度算法是Credit和SEDF (Simple Earliest Deadline First),这两个调度算法都有其各自的缺陷：Credit注重公平性而忽略了实时性；SEDF考虑实时性但不支持全局负载平衡,目前这些都是值得研究而且难以解决的挑战。为了将Xen更好的应用于嵌入式实时系统,本文对其支持的两种调度算法Credit^口SEDF进行实时性能的研究。首先分析了Xen虚拟机中默认使用的Credit调度算法的基本实现,通过学习Xen源码(Xen4.1.4版本)分析了其算法原理,提出并且证明了一种有效配置VCPU参数的方法使得Credit的实时性能得到提升,在此基础上,通过证明得到Credit调度算法的基本性质并最终得出其在最坏情况下为VCPU分配的资源函数曲线SBF；对于Xen调度器中另一种调度算法SEDF,本文在对其基本实现的分析基础上,同样给出了其资源界限函数SBF及证明。
【关键词】：虚拟化 Xen 调度算法 实时 资源界限
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302;TP301.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 研究目标和意义13-14
• 1.2.1 虚拟化的优点13-14
• 1.2.2 实时调度研究意义14
• 1.3 国内外研究现状14-16
• 1.4 论文的组织结构16-19
• 第2章 相关理论与技术19-39
• 2.1 Xen的体系结构19-26
• 2.1.1 Xen系统中的虚拟域(Domain)20-21
• 2.1.2 Xen系统中的基本概念21-22
• 2.1.3 Xen虚拟环境接口22-26
• 2.2 Xen虚拟化与实时系统26-27
• 2.3 实时调度的相关理论27-34
• 2.3.1 实时系统的基本概念27-28
• 2.3.2 实时调度的基本概念28-31
• 2.3.3 调度及可调度性31-33
• 2.3.4 调度算法和可调度性判定的质量评价33-34
• 2.3.5 可抢占调度与不可抢占调度34
• 2.3.6 固定任务优先级调度与固定实例优先级调度34
• 2.4 实时调度算法分析的相关技术34-37
• 2.4.1 需求界限函数DBF35-36
• 2.4.2 资源界限函数SBF36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第3章 Xen虚拟机的调度算法39-53
• 3.1 常见的调度算法模式39-40
• 3.1.1 WC模式和NWC模式39
• 3.1.2 PS模式和公平性模式39-40
• 3.1.3 抢占模式和非抢占模式40
• 3.2 租借时间片调度(BVT)算法40-41
• 3.2.1 BVT调度算法的基本原理40-41
• 3.2.2 BVT调度算法的优缺点41
• 3.3 简单最早截止期优先调度(SEDF)算法41-45
• 3.3.1 SEDF调度算法的基本原理41-43
• 3.3.2 SEDF调度算法的调度方法43-44
• 3.3.3 SEDF调度算法源代码分析44
• 3.3.4 SEDF调度算法的优缺点44-45
• 3.4 信用度调度(Credit)算法45-51
• 3.4.1 Credit调度算法的基本原理45-47
• 3.4.2 Credit调度算法源代码分析47-48
• 3.4.3 Credit算法的调度实例48-51
• 3.4.4 Credit调度算法的优缺点51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 实时性能的分析与改进53-63
• 4.1 Credit调度算法的实时性能分析53-61
• 4.1.1 VCPU的Credit不超过上限条件53-56
• 4.1.3 Credit调度算法的SBF函数56-61
• 4.2 SEDF调度算法与实时性分析61-62
• 4.2.1 SEDF调度算法对空闲处理器的占用61
• 4.2.2 SEDF调度算法的SBF函数61-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第5章 实验测评与分析63-69
• 5.1 实验平台搭建与设计63
• 5.2 实验程序63-65
• 5.3 实验结果分析65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 全文总结69
• 6.2 未来工作与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 科研项目和论文发表情况77

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