高性能虚拟机自省
本文关键词：高性能虚拟机自省
更多相关文章： 虚拟化 云计算 虚拟机自省 快照 直接内存存取
【摘要】：近年来，虚拟化技术作为云计算的基础，得到了广泛应用，与此同时，虚拟机的安全问题也得到了越来越多的关注。其中，虚拟机自省（Virtual Machine Introspection, VMI）作为一种在虚拟机外部监控虚拟机内部运行状态的方法，充分利用了虚拟机管理器（Virtual Machine Monitor或Hypervisor）的隔离特性以及介于硬件和虚拟化操作系统之间的新的抽象层次，为解决虚拟机安全问题提供了新思路。 本文通过研究和分析虚拟机自省（VMI）领域的现有成果，揭示了制约当前VMI技术的三大矛盾：一是虚拟机状态的可理解性和VMI系统的透明性之间的矛盾；二是大规模状态的一致性和虚拟机的动态性之间的矛盾；三是状态存取的高效性和虚拟化的隔离性之间的矛盾。 为了解决VMI技术的三大矛盾，本文面向虚拟机内存大规模存取的应用场景，引入了共享内存快照和直接虚拟机内存存取两大创新方法。本文在理论上进行论证，表明两大创新方法能够：1、在不影响虚拟机动态运行的情况下，获得一致的内存状态；2、在保证虚拟机的隔离性的同时，高效地存取虚拟机的内存状态；3、使对虚拟机透明的VMI系统也能在高层语义层面理解虚拟机的运行状况。这有力地化解了当前VMI技术的三大矛盾，为设计高性能虚拟机自省系统提供了理论基础。 基于上述理论成果，本文在KVM虚拟化平台和LibVMI自省框架的基础上，设计实现了高性能虚拟机自省的原型系统，并把成果汇入了LibVMI项目的开发主线。对原型系统的性能测试结果表明，，本文提出的高性能虚拟机系统在实际应用中的表现大大超越了现有的VMI系统，符合理论分析的预期。
【关键词】：虚拟化 云计算 虚拟机自省 快照 直接内存存取
【学位授予单位】：中山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302
【目录】：
- 摘要3-4
- Abstract4-8
- 第1章 引言8-13
- 1.1 论文研究背景与意义8-10
- 1.2 论文研究目标10-11
- 1.3 论文研究内容11
- 1.4 论文结构安排11-13
- 第2章 虚拟机自省研究现状13-17
- 2.1 大规模状态的一致性和虚拟机的动态性13-14
- 2.2 虚拟化的隔离性和状态存取的高效性14-15
- 2.3 虚拟机状态的可理解性和 VMI 系统的透明性15
- 2.4 虚拟机自省技术的基础架构15-16
- 2.5 本章小结16-17
- 第3章 共享内存快照和直接虚拟机内存存取17-38
- 3.1 共享内存快照18-19
- 3.2 直接虚拟机内存存取的原理19-25
- 3.2.1 直接内存存取的启发19-21
- 3.2.2 减少存取时延的性能回报21-23
- 3.2.3 直接虚拟机内存存取的困难23-25
- 3.3 直接虚拟机物理内存存取25-30
- 3.3.1 “拷贝——存取”方法的不足25-27
- 3.3.2 内存空洞填充和地址空间映射27-29
- 3.3.3 初始化开销的管理29
- 3.3.4 存取时延分析29-30
- 3.4 直接虚拟机虚拟内存存取30-37
- 3.4.1 “翻译——拷贝——存取”方法的不足30-32
- 3.4.2 内存空洞避免和地址空间映射32-34
- 3.4.3 初始化开销的管理34
- 3.4.4 层次化存取结构34-36
- 3.4.5 存取时延分析36-37
- 3.5 本章小结37-38
- 第4章 高性能虚拟机自省系统的设计和实现38-55
- 4.1 需求与设计目标38
- 4.2 系统结构及应用场景38-40
- 4.2.1 系统的层次结构和模块划分38-39
- 4.2.2 软件体系结构及模块划分39-40
- 4.2.3 系统应用场景40
- 4.3 共享内存快照管理模块的设计和实现40-44
- 4.3.1 模块功能概述41
- 4.3.2 模块的实现41-42
- 4.3.3 模块实现的关键技术42-44
- 4.4 LibVMI 控制模块的设计44-45
- 4.4.1 模块功能概述44-45
- 4.5 直接虚拟机物理内存存取模块的设计和实现45-46
- 4.5.1 模块功能概述45
- 4.5.2 模块的实现45-46
- 4.6 直接虚拟机虚拟内存存取模块的设计和实现46-54
- 4.6.1 模块功能概述46
- 4.6.2 模块的实现46-54
- 4.7 本章小结54-55
- 第5章 虚拟机自省系统性能测试55-67
- 5.1 测试环境55-56
- 5.1.1 测试的硬件环境55
- 5.1.2 测试的软件环境55-56
- 5.2 存取时延测试56-60
- 5.2.1 测试的指标56
- 5.2.2 测试方法及方案56-58
- 5.2.3 测试结果和分析58-60
- 5.3 存取带宽测试60-62
- 5.3.1 测试的指标61
- 5.3.2 测试方法及方案61
- 5.3.3 测试结果和分析61-62
- 5.4 初始化开销测试62-65
- 5.4.1 测试的指标62-63
- 5.4.2 测试方法及方案63
- 5.4.3 测试结果和分析63-65
- 5.5 应用性能测试65-66
- 5.5.1 测试的指标65
- 5.5.2 测试方法及方案65-66
- 5.5.3 测试结果和分析66
- 5.6 本章小结66-67
- 结语67-68
- 参考文献68-73
- 致谢73
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本文编号：913234
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