面向虚拟机的远程磁盘缓存

在虚拟机(virtual machine)系统中,随着虚拟机数量和应用程序需求的不断增长,内存容量已经成为应用程序性能的主要瓶颈。为了提升内存密集型和I/O密集型程序的页面交换性能,提出了虚拟机的远程磁盘缓存机制REMOCA,它允许运行在一台物理主机上的虚拟机将其他物理主机的内存作为其二级磁盘缓存。由于网络传输延迟远远小于磁盘访问,用网络传输代替磁盘访问就能够有效地降低虚拟机的平均磁盘访问延迟。REMOCA的目标就要尽可能地减少磁盘访问。REMOCA运行在虚拟机管理器中,其基本工作原理是截获并处理虚拟机的页面淘汰、磁盘访问等事件。REMOCA能够与现有的虚拟机内存管理机制(如气球技术、影子缓存)相结合,从而提供更加灵活的内存资源管理策略。实验数据表明,REMOCA能有效地降低页面抖动对虚拟机性能的影响,并在很大程度上提升虚拟机中I/O密集型应用的性能。     

基于轻量操作系统的虚拟机内省与内存安全监测

针对在传统特权虚拟机中利用虚拟机内省实时监测其他虚拟机内存安全的方法不利于安全模块与系统其他部分的隔离,且会拖慢虚拟平台的整体性能的问题,提出基于轻量操作系统实现虚拟机内省的安全架构,并提出基于内存完整性度量的内存安全监测方案。通过在轻量客户机中实现内存实时检测与度量,减小了安全模块的可攻击面,降低了对虚拟平台整体性能的影响。通过无干涉的内存度量和自定义的虚拟平台授权策略增强了安全模块的隔离性。基于Xen中的小型操作系统Mini-OS实现了虚拟机内省与内存检测系统原型,评估表明该方案比在特权虚拟机中实现的同等功能减少了92%以上的性能损耗,有效提高了虚拟机内省与实时度量的效率。     

虚拟机CPU平台体系结构与内存机制研究

本文对虚拟机的体系结构与内存机制进行了整体的设计与分析,阐述了虚拟机CPU平台的体系结构,在明确了运行时系统和应用程序级上的内存管理机制的基础上,对动态内存管理机制进行了分析与研究,并对目前主流的虚拟机内存管理技术进行了较深入的分析与研究,选取适合于XVA虚拟机的内存管理机制,并用C语言实现了一个基于Windows平台的面向科学计算的小型虚拟机软件系统XVA,是为了给学生提供一个虚拟实验环境,同时让学生更好的了解、掌握虚拟机的原理及其基本应用。     

Hypervisor中内存回收技术的改进

虚拟化是云计算的关键技术. Hypervisor在虚拟机与主机硬件之间提供了一个抽象层,允许用户为运行着的虚拟机分配的内存总值超过主机的可用内存,这种技术称为内存过量分配. 为了能够降低这个技术对虚拟机性能的影响,hypervisor必须提供高效率的内存回收机制. 在本论文中,作者提出了一种解决方案：使用非易失性内存作为hypervisor交换页面数据的缓存设备. 作者从系统内存中划分出空间模拟了非易失性内存设备,修改了KVM模块中的算法,并制定了五种测试环境. 通过实验数据证明,相比现有的Ballooning技术与Hypervisor swapping技术,使用非易失性内存并配合低优先级队列算法时,虚拟机性能可提高30%和50%左右.     

云计算环境中虚拟机内存自适应调节算法研究

Xen虚拟机自身的资源在创建之初已经固定,往往会因某些虚拟机内存不足而使用swap,使得虚拟机工作性能降低,而有的虚拟机内存比较空闲,使得整体虚拟机内存使用效率不高。之前已经有研究对虚拟机使用过程中的内存调度算法进行设计,但是经过推敲发现,之前内存调度算法由于没有考虑swap空间使用情况而导致整体内存调度不够高效。在前人算法研究基础上,提出了一个更加完善合理的内存调度算法,结合swap和内存使用情况一起调节虚拟机内存。算法仍然延续了Carl提出的空闲内存税概念加以设计,首先根据虚拟机内存和swap使用情况确定该次调节周期的调节范围,之后根据各个虚拟机的内存和swap空间使用情况计算虚拟机目标内存。对前后两种算法分别设计实验进行测试,验证了新算法的高效性。     

私有云平台的虚拟机内存调度策略

在私有云平台中,现有的方法无法灵活地对虚拟机内存资源进行有效的监控和分配。针对以上问题,提出了内存实时监测和动态调度(MMS)模型,利用libvirt函数库和Xen提供的libxc函数库实现了对虚拟机内存紧缺、内存空闲时的实时监测和动态调度,并且提出虚拟机迁移策略,有效地缓解宿主机的内存紧缺问题。最后选取一台物理机作为主控节点,两台物理机作为子节点,利用Eucalyptus搭建一个小型的私有云平台。结果显示,当宿主机处于内存紧缺状态时,MMS系统通过启动虚拟机迁移策略有效地释放了内存空间;当虚拟机占用内存逼近初始最大内存时,MMS为其分配新的最大内存;当占用内容降低时,MMS系统对部分空闲的内存资源进行了回收,而且释放内存不超过150MB(最大内存512MB)时,其对虚拟机性能的影响不大。结果表明该模型对私有云平台中虚拟机内存进行实时监测和动态调度是有效的。     

基于Xen虚拟机的内存资源实时监控与按需调整

在虚拟计算环境中,难以实时地监控与分配内存资源。针对以上问题,基于Xen虚拟计算环境,提出一种能够实时监控Xen虚拟机内存(VMM)使用情况的XMMC方法并进行了实现。所提方法运用Xen虚拟机提供的超级调用,其不仅能实时地监控虚拟机内存使用情况,而且能实时动态按需分配虚拟机内存。实验结果表明,XMMC方法对虚拟机应用程序造成的性能损失很小,低于5%;能够对客户虚拟机的内存资源占用情况进行实时的监测与按需调整,为多虚拟机的管理提供方便。     

云计算平台中多虚拟机内存协同优化策略研究

虚拟化技术为云计算基础设施资源的动态部署、安全隔离提供了重要保证.从过度占用内存的虚拟机中回收内存,提供给内存紧缺的虚拟机使用,优化多虚拟机间的内存分布是内存虚拟化中的挑战性问题.文中引入了自发调节和全局调节协作的多虚拟机内存管理架构.通过定义内存资源充裕状态和内存资源紧缺状态,提出了自发调节和全局调节之间协作的算法....     

虚拟机技术的复兴

虚拟机技术通过解除硬件和软件资源的体系结构和用户感知的行为与其物理实现之间的耦合,去解决计算机系统的安全、性能和可靠性等问题。本文简要地介绍了虚拟机技术的发展历史及其复兴的根源,总结了计算机系统虚拟方法共同的体系结构和虚拟机的概要分类。从CPU、内存和I／O三个方面综述了虚拟机监视器的实现技术,通过对当前产品应用和研究开发情况的阐述,可以感知未来虚拟机技术的发展趋势。最后,讨论了虚拟机技术给我国信息安全建设提供的历史机遇与挑战。     

基于VMI技术的内存泄露的检测

文中用VMI（虚拟机自省）技术实现了由外部对VM（虚拟机）内部内存大小的透明实时的监控。VMI技术在纯净的环境下记录虚拟机的内存量,用增量叠加的方法记录加入此域的内存泄露的程序对内存的影响。内存泄漏的堆积会最终消耗尽系统所有内存,因此内存泄漏是造成计算机安全事故的主要原因之一。本文实验通过开放源代码虚拟机监视器Xen,使用了xen内核的半虚拟化模式,由外部检测虚拟机进程的内存消耗量来判断应用程序是否有内存泄露。由于这种方式可以为用户提供独立、隔离的计算环境,不需要修改源程序或者对程序进行重新编译,不必有其它特殊硬件需求,系统性能损失较小并且有一定的通用性,因而在判断内存泄露是其它解决方案无法取代的。实验结果表明：对内存的监控数据证明了实验系统的有效性和可行性。     

基于Xen的虚拟机迁移时内存优化算法

为了在云计算环境下进行虚拟机迁移,Xen迁移时采用比较传递页位图和跳过页位图的方式来判断内存页是否重传.针对页位图比较带来多次重传增加网络传送开销的问题,提出基于AR模型的内存优化算法,该算法根据所有记录的内存页修改时间间隔来预测内存页的下次修改时间,当下次修改时间大于某个阈值时进行重传.实验结果表明,基于AR模型的内存优化算法缩短了虚拟机迁移的时间,减少了虚拟机迁移时的网络开销,保证了同台服务器上其它虚拟机的网络带宽应用.     

可裁剪式虚拟机可移植层的研究与开发

针对物联网嵌入式底层设备的设计要求,提出了可裁剪式虚拟机可移植层模型及设计方法,阐述了可移植层中的网络、线程、内存等模块的实现方式及该虚拟机的实例访问。通过可移植层设计,该虚拟机可以在不同硬件平台及操作系统上移植。另外,该虚拟机可以实现动态配置、控制、执行等功能,且具有裁剪性。测试表明,该虚拟机的CPU占有率小,内存损耗低,组件重用率高,裁剪性好,并成功运用于工业现场。     

云计算环境下的虚拟机快速克隆技术

虚拟机克隆技术是指在云计算环境下快速复制出多个虚拟机（VM）并将这些VM分发到多台物理主机上,克隆出来的VM共享相同的初始状态然后独立运行提供服务。虚拟机克隆使得云计算提供商能够快速有效地部署系统资源。给出了一种虚拟机快速克隆方法,利用写时拷贝技术来创建虚拟磁盘和内存状态的快照,然后用按需分配内存技术和多点传送技术来请求和传输这些状态信息。在C3云平台上的实验表明,此方法在不中断源虚拟机中运行服务的情况下,实现了云计算中的快速虚拟机克隆。     

系统虚拟机关键技术研究

分析了系统虚拟机的基本原理;对系统虚拟机设计中的关键问题,包括处理器、内存和I/O设备的虚拟化、以及虚拟机的迁移进行了深入研究,分析了需要解决的问题,比较并总结了针对这些问题已提出的解决方法。探讨了基于虚拟机的各种应用,展望了虚拟机发展趋势。     

物理机windows与虚拟机linux之间的文件交换方法

介绍运行于windows系统之上的YMware虚拟机软件,叙述在limlx虚拟机内添加物理盘的方法。然后详解了在虚拟机linl~：环境下,如何将添加的物理盘挂载于linux的文件系统之上,实现物理机windows系统与虚拟机limlx系统的文件交换;文中还介绍了虚拟机linux系统下网络参数的设置,linux系统下的邱服务组件的安装,利用邱服务实现物理机与虚拟机之间的文件交换。     

一种基于虚拟机的动态内存泄露检测方法

内存泄露是一种常见的系统安全问题。虚拟技术是云计算的关键技术,虚拟机环境下的内存泄露不容忽视。而基于虚拟机的内存泄露检测技术尚未成熟。分析虚拟机Xen内核源码中与内存分配有关的代码,提出一种动态检测虚拟机中内存泄露的方法。该方法记录应用程序对资源的申请、释放以及使用情况,插入监测代码,最终检测出内存泄露的代码。实验结果表明,该方法能够有效地检测Xen虚拟机中的内存泄露。     

虚拟机监视器结构与实现技术*

首先介绍了虚拟机技术的发展历史以及虚拟机监视器所具有的优点和特性,总结了其体系结构和分类,并分析了虚拟机监视器内部逻辑模块;从CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化和硬件支持四个方面讨论了虚拟机监视器的实现技术;最后基于当前学术界和业界对虚拟机技术的研究情况,阐述了未来虚拟机技术面对的机遇与挑战。     

多虚拟机下基于内存缓存的动态块迁移算法

虚拟化技术为用户提供了高可用性、动态、可扩展、可按需分配的逻辑资源,虚拟机迁移技术则减弱了虚拟化初次分配资源后物理资源和逻辑资源的耦合程度,使得物理资源池构建更为灵活。然而现存的虚拟机迁移技术存在着资源消耗多,物理磁盘负载重,迁移数据冗余等问题,使得迁移的稳定性和可用性大打折扣。提出基于内存缓存的动态块迁移算法。该算法主要关注以下两点:其一是如何在保证迁移性能不受明显影响的前提下,更加合理利用内存缓存,快速将虚拟机页面迁移到目的服务器,从而节省物理资源;其二是如何通过更细粒度的资源管理方式实现更有针对性的迁移时机优化。基于QEMU虚拟机实现了该算法,多种不同应用负载下的实验结果表明,该算法能有效降低资源消耗和物理磁盘的负载,稳定且迅速地实现虚拟机的迁移。     

IaaS模式下虚拟机部署机制研究

针对将基础设施作为服务的云计算平台中虚拟机部署问题,通过分析现有云计算平台的应用模式,建立了虚拟机部署模型,提出了一种快速资源匹配策略.该模型根据计算节点可用CPU个数和内存的大小将其划分到对应的二维容器队列中,然后再进行资源的匹配.在进行资源匹配时采用了计算单元优先匹配的策略,提高了计算节点CPU的利用率.将文中提出的虚拟机部署机制在基于Eucalyptus的开源云计算平台中实现.实验测试表明,该虚拟机部署机制实现了虚拟机的快速部署,提高了资源的利用率和部署效率.     

基于内存迭代拷贝的Xen虚拟机动态迁移机制研究

为减少虚拟机动态迁移时间,Xen采用了Pre-Copy算法来选择合适的时间进行停机拷贝,以保证在低负载或空负载时的虚拟机迁移的优越性能,但在高负载环境下,Pre-Copy算法对内存页的重复迭代严重影响了虚拟机迁移的效率。基于Xen虚拟机内存迭代拷贝算法,提出了一种内存分片迭代拷贝机制,即通过缩短迭代拷贝的终止时间来减少虚拟机动态迁移所花费的时间。实验结果表明,内存分片迭代机制可以有效提升Xen虚拟机动态迁移的性能。