虚拟化环境中SSD可扩展性的研究与优化

发布时间：2017-10-09 08:09

  本文关键词：虚拟化环境中SSD可扩展性的研究与优化

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【摘要】：随着虚拟化软硬件技术的发展与成熟，虚拟化技术已经被广泛地应用于云计算等基础服务设施领域。虚拟化技术的目的是为了实现物理资源的动态扩展以及按需分配，这需要虚拟化环境能在虚拟机数目增加时，仍然保持性能稳定，因此可扩展性成为衡量虚拟化技术好坏的重要标准。 存储设备是重要的物理资源之一，，作为新兴的存储设备的固态硬盘SSD具有很好的并行处理能力，然而已有的IO虚拟化技术多面向与传统的机械磁盘，因此如何在虚拟化环境中发挥SSD并行处理的特点，获得较好的可扩展性，成为一个亟待解决的问题。 在本文中，我们首先对虚拟化环境中SSD可扩展性的性能瓶颈进行了测量。我们发现了两个性能瓶颈，一是读取请求的可扩展性问题，二是随机读写请求的性能问题。 通过对SSD硬件特性的研究，我们分析得出SSD中读写请求各自的性能模型，并用这个模型分析了产生这两个问题的主要原因：一是在虚拟机中，为了便于机械磁盘驱动进行全局优化，请求不分类型按照统一的方式发送；二是在主机中，使用针对机械磁盘而设计的电梯调度方法对请求队列进行调度。 由此我们设计了针对虚拟化环境中SSD可扩展性优化的方案。优化方案按虚拟机与主机分为前端和后端两部分。在前端中，由于SSD读取与写入请求性能的影响因素不同，我们设计了virtio_blk_mq驱动，对读取和写入请求区分对待，提高读取请求的优先级的同时降低了写入请求发生写入放大事件的几率。在后端中，由于SSD没有寻道的开销，因此我们去除了调度方法中电梯调度的部分，根据SSD本身并行处理的特点，设计了按照平均访问扇区数作为优先级的SCFQ调度方法。 最后我们在实验平台实现了整体优化方法，并进行了评估实验，实验验证了优化方法的有效性，并反应了优化方案中各部分的实际效果。
【关键词】：可扩展性 固态硬盘 IO虚拟化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 图录9-10
• 表录10-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11-13
• 1.2 研究目标13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 论文结构15-16
• 第二章 背景介绍16-27
• 2.1 虚拟化技术概述16-22
• 2.1.1 虚拟化技术分类16-19
• 2.1.2 硬件辅助虚拟化技术19-21
• 2.1.3 IO 虚拟化21-22
• 2.2 电梯调度22-23
• 2.3 SSD 技术概述23-26
• 2.3.1 内部组成23-24
• 2.3.2 存储介质24
• 2.3.3 控制器功能24-26
• 2.3.4 硬件特性26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 SSD 读写性能模型与可扩展性瓶颈分析27-37
• 3.1 SSD 读写性能模型27-29
• 3.2 实验平台虚拟化方案29-31
• 3.2.1 KVM29
• 3.2.2 virtio29-31
• 3.2.3 QEMU31
• 3.3 可扩展性表现31-33
• 3.3.1 读请求的性能32
• 3.3.2 写请求的性能32-33
• 3.4 可扩展性瓶颈分析33-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 SSD 可扩展性优化思路与设计37-44
• 4.1 整体优化思路37
• 4.2 前端优化——virtio_blk_mq37-39
• 4.3 后端优化——SCFQ 调度39-41
• 4.4 整体优化结构41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 SSD 可扩展性优化方法实现44-51
• 5.1 前端优化实现44-47
• 5.1.1 数据结构44-45
• 5.1.2 函数功能45-46
• 5.1.3 请求处理流程46-47
• 5.2 后端优化实现47-49
• 5.2.1 虚拟机与 SCFQ 队列的对应关系47
• 5.2.2 数据结构47-48
• 5.2.3 函数功能48-49
• 5.3 本章小结49-51
• 第六章 优化评估及分析51-62
• 6.1 实验环境介绍51-52
• 6.2 读取可扩展性优化结果52-54
• 6.3 写入性能优化结果54-55
• 6.4 virtio_blk_mq 对可扩展性的优化效果55-57
• 6.5 SCFQ 对可扩展性的优化效果57-59
• 6.6 优化方法作用评估59-60
• 6.7 本章小结60-62
• 第七章 总结与展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘朝斌;谢长生;张琨;;存储网络虚拟化关键技术的研究与实现[J];计算机科学;2004年05期

2 汪小林;赖荣凤;王振林;罗英伟;李晓明;;基于SSD高速缓存的桌面虚拟机交互性能优化方法[J];计算机应用与软件;2011年11期

本文编号：999068