虚拟化环境中的动态时间片调节

发布时间：2017-03-18 19:09

  本文关键词：虚拟化环境中的动态时间片调节，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：云计算运用了许多传统计算机领域的技术,其中,虚拟化技术扮演着重要的角色。在虚拟化环境下,I/O请求处理的快慢会影响整个系统的性能。传统的虚拟机调度器把I/O任务和CPU任务等同对待,会导致I/O任务效率低下,进而影响整个系统的性能。学术界和工业界现有的部分研究虽然将I/O任务与CPU任务区别对待,但是没有考虑分配足够的CPU资源去处理I/O请求,因此也会影响I/O任务的效率。以往的部分研究中虚拟机的类型只能在系统启动时手动指定,当一个没有被标注为I/O密集型的虚拟机接收到大量I/O请求时,调度器无法改变调度策略,使得I/O响应的延迟无法降低。因此这些方法在实际的系统当中有局限性。本文通过实验证明了Xen信用值调度器存在I/O响应延迟的问题,在Xen中,当有I/O请求到来时,I/O密集型的虚拟机只能等待调度器调度到它才能处理I/O请求,当系统负载比较高时,I/O的延迟会变得很大。本文还通过实验证明了没有给I/O请求分配足够的处理时间带来的性能问题。由于网络的性能越来越高,一个I/O密集型的虚拟机,也需要大量的CPU资源来处理短时间内到达的大量数据包,如果CPU资源不够,就会导致I/O请求处理不及时,造成性能的下降。本文提出了一种动态时间片的调度策略,并在Xen上实现了系统原型。该调度算法会监控虚拟机的中断频率和CPU使用率,根据中断频率区分虚拟机的类型,根据CPU使用率分配合适的时间片大小。在保证了调度的公平性的同时提升了I/O响应的性能。本文最后通过实验验证了虚拟机在网络I/O和磁盘I/O的响应速度和吞吐量的表现上好于Xen默认的信用值调度器。而且对于CPU密集型的虚拟机,两种调度器的性能差别不大。该调度策略在保证了公平性的前提下提升了I/O的性能,同时引入了较小的额外开销。
【关键词】：虚拟化 信用值调度器 I/O响应延迟 中断频率 CPU使用率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP302
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题背景及研究意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 CPU虚拟化16-17
• 1.2.2 内存虚拟化17
• 1.2.3 I/O虚拟化17-19
• 1.3 论文的主要内容及结构安排19-21
• 1.3.1 主要研究内容19-20
• 1.3.2 结构安排20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 虚拟化技术22-36
• 2.1 虚拟化简介22-24
• 2.2 系统虚拟化核心技术24-32
• 2.2.1 系统虚拟化架构25-27
• 2.2.2 CPU虚拟化27-30
• 2.2.3 内存虚拟化30-31
• 2.2.4 I/O虚拟化31-32
• 2.3 虚拟机监控器32-34
• 2.4 虚拟机调度器34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 现有技术面临的挑战36-46
• 3.1 Xen虚拟机调度器对I/O性能的影响36-43
• 3.1.1 Xen调度器介绍36-38
• 3.1.2 Xen虚拟机的I/O模型38-40
• 3.1.3 Xen调度器存在的问题40-43
• 3.2 相关研究的优缺点43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 DTSS调度器的设计与实现46-60
• 4.1 调度模型框架46-47
• 4.2 模块分析47-53
• 4.2.1 中断监控模块47-51
• 4.2.2 CPU监控模块51-53
• 4.3 调度算法分析53-58
• 4.3.1 调度器主要结构54-55
• 4.3.2 调度算法设计55-57
• 4.3.3 调度算法实现57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 实验分析60-74
• 5.1 实验环境搭建60-61
• 5.2 网络I/O性能61-68
• 5.2.1 Ping的往返时延61-62
• 5.2.2 Netperf的性能62-66
• 5.2.3 Apache服务器的性能66-68
• 5.3 磁盘I/O性能68-72
• 5.3.1 dd的吞吐量70-71
• 5.3.2 iozone的性能71-72
• 5.4 CPU任务性能72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 攻读学位期间发表的学术论文目录84-85
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书85

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本文编号：254907