Xen虚拟CPU空闲调度算法

在Xen虚拟化环境下,Credit调度算法是非抢占式调度算法,当虚拟CPU空时它不会将空闲状态信息通知给Xen,因此不会放弃物理CPU的使用权.虽然已有文献提出在虚拟CPU空闲时的处理方法,但它依然存在很多问题,例如空闲虚拟CPU的空闲时间还存在浪费的现象、没有考虑特权Service OS的空闲状态和虚拟机空闲状态判断不准确等,这造成很多不必要的性能损失.针对这样的问题,在Credit算法的基础上提出了虚拟CPU空闲调度算法,虚拟CPU空闲状态接收模块接收到的虚拟CPU空闲通知,动态调整该虚拟机的虚拟CPU的credit值,并将空闲的CPU时间分配给调度队列中其他的虚拟CPU使用.同时,根据该虚拟机的虚拟CPU的平均空闲率,重新调整该虚拟机的权重,从而实现了反馈控制与虚拟机调度的动态集成,实验结果证明该调度方法使系统的整体性能得到大大提高.     

自适应调整虚拟机权重参数的调度方法

在基于特权服务操作系统的虚拟机架构下客户操作系统需要借助特权服务操作系统来访问真实硬件,目前虚拟机调度算法的优化主要是侧重于I/O密集型虚拟机的研究,而忽视了CPU密集型虚拟机,更忽视了特权服务操作系统的I/O处理能力对虚拟机整体性能的影响.针对这些问题,提出了一种基于Credit算法的自适应调整虚拟机权重参数的优化调度方法,将特权服务操作系统的I/O处理能力作为虚拟机参数调整的一个重要参数,同时兼顾I/O密集型虚拟机和CPU密集型虚拟机对资源的需求.实验结果表明该方法能够及时根据当前的I/O请求数量和特权服务操作系统的处理能力合理调整虚拟机的权重参数,从而大大提高了客户操作系统CPU处理性能和硬件设备的访问性能.     

Xen中VCPU调度算法分析

为了降低虚拟化环境中虚拟机的性能开销,提高虚拟化实施效率,在综合考虑虚拟处理器在虚拟机调度过程中的需求的基础上,对Xen中基于信用度的调度算法进行了分析,该算法在处理器密集型应用、多处理器调度和QoS控制方面具有明显的优势.针对目前调度算法在多处理器和新型虚拟机监控器结构下存在的性能问题,提出了自旋锁优先和处理器绑定等优化措施.实例表明,该措施能够提高虚拟处理器的调度效率.     

异构集群中CPU与GPU协同调度算法的设计与实现

为有效提高异构的CPU/GPU集群计算性能,提出一种支持异构集群的CPU与GPU协同计算的两级动态调度算法。根据各节点计算能力评测结果和任务请求动态分发数据,在节点内CPU和GPU之间动态调度任务,使用数据缓存和数据处理双队列机制,提高异构集群的传输和处理效率。该算法实现了集群各节点"能者多劳",避免了单节点性能瓶颈造成的任务长尾现象。实验结果表明,该算法较传统MPI/GPU并行计算性能提高了11倍。     

Xen虚拟机Credit调度算法的实时性能分析

为了降低开销以及增加灵活性,通过虚拟化技术将多个系统运行在一个通用计算平台上已成为复杂实时嵌入式系统的趋势。Xen是近年来应用最广泛的虚拟化技术,对其默认使用的Credit调度算法进行实时性能分析,使得能够直接对运行在Xen上的实时系统进行可调度性测试,并且可以通过形式化的资源界限函数对Credit的实时性进行直观的评估。首先分析了Credit调度算法的基本实现,提出并且证明了一种配置VCPU参数的方法使得Credit的实时性得到提升,在此基础上,通过证明得到了Credit算法的基本性质,并得出其在最坏情况下为VCPU分配的资源函数曲线。     

VMSF—一种内核级虚拟机监控器调度框架

虚拟化技术由于具有提高资源利用率、降低系统总体拥有成本等优点得到越来越多的关注。虚拟机成为计算机系统的一种新型应用模式,但虚拟机应用在服务质量保证和协同运行等方面与传统商用操作系统面向的应用不同,虚拟机监控器应针对此类应用的特点设计相应的调度算法。但是,在传统基于宿主操作系统的虚拟化技术中,虚拟机的调度由宿主操作系统的标准调度器完成。本文提出一种不修改宿主操作系统现有调度机制的虚拟机调度扩展框架VMSF,该框架允许第三方自行开发适于虚拟机系统的调度算法。最后通过在Linux上开源的内核级虚拟机监控器KVM上移植Xen的Credit调度器验证了本文研究的有效性。     

一种基于资源预分配的虚拟机软实时调度方法

虚拟机技术作为云计算的重要技术之一,近年来得到广泛关注,但是由于虚拟机管理层的存在,导致语义鸿沟,使得实时应用程序、并发程序等在虚拟机上的运行性能受到影响。分析和研究了Xen虚拟机管理器的Credit调度算法,针对其在并发调度和软实时调度方面存在的不足,提出了改进调度算法,实现了算法的调度器原型。新的调度算法对软实时虚拟机进行Credit比例预分配,采用动态调度时间片机制,以non-work-conserving方式实现软实时任务周期调度,保障调度周期满足运行周期要求。通过区分并发和非并发软实时虚拟机,采取不同的调度策略,在满足资源利用率的基础上,确保实时任务的顺利运行。测试结果表明,该调度算法在对并发和非并发软实时任务调度上,具有良好的表现,较好满足了软实时应用调度需求。     

基于Xen的虚拟磁盘调度算法改进

Xen目前所采用的I/O调度算法能够较好的保证公平性;但在实际应用中,不同的虚拟机可能有不同的性能需求。该文研究了Xen虚拟存储的实现和I/O调度算法的原理,提出了基于反馈的动态优先级调度策略,通过对比测试验证了磁盘带宽在不同虚拟机之间的按需分配。     

虚拟机协同调度问题研究

由于虚拟化技术能对多个服务有效隔离避免其相互间干扰而得到广泛应用。对于需要多个服务协同工作的大型应用,传统虚拟机监控器调度时忽视了虚拟机间的协同性,降低了虚拟机间并行工作的可能性,从而影响了服务质量。对虚拟机的协同调度进行研究,分析了调度对虚拟机协同性及服务质量的影响,提出了一种虚拟机协同调度算法。实验表明,协同调度使虚拟化平台服务器响应时间降低了1/3,且没有对调度的公平性造成明显影响。     

虚拟外存管理技术研究

为解决多虚拟机环境中的外存管理问题,研究了基于虚拟机监控器的多虚拟机结构,总结出了多虚拟机环境所面临的3个主要外存管理问题,即外存空间的隔离与保护、外存空间的按需分配和外存空间的扩展.借鉴操作系统中成熟的虚拟内存管理思想,提出了一种虚拟外存管理器的设计方案,有效地解决了外存管理中的上述问题.实验结果表明,虚拟分区可以动态创建和撤销,分区的容量可以根据实际需要动态增长,并可实现基于分区的写保护,外存管理的灵活性大大增加,外存空间的利用率大大提高.     

一种基于Xen的可信虚拟机系统的构建与应用

基于虚拟机的可信计算平台架构系统可以解决目前可信计算技术在应用过程中所产生的一些问题。该文介绍了一个符合这种架构的具体系统,对系统的构建方法进行了研究和探讨,并利用该系统解决了针对TCG完整性度量的TOCTOU攻击问题。     

Xen虚拟机资源调度优化算法

针对Xen虚拟化平台中虚拟机资源分配不合理的问题,提出了两种资源调度优化算法,即细粒度优化算法和粗粒度优化算法.细粒度优化算法主要解决单个物理节点上虚拟机资源分配不合理问题,能够根据物理节点上运行的各虚拟机的资源利用情况来调整资源分配量,适当增加利用率较高的虚拟机的资源,减少资源利用率低的虚拟机的资源,从而优化资源分配,提高资源利用效率,避免不必要的虚拟机迁移.粗粒度优化算法是针对集群中多个物理节点之间虚拟机负载不均衡问题而提出的.该算法结合粒子群优化技术,选择将集群系统中热点物理机上的部分虚拟机迁移到最适合的冷点物理机上,从而避免高载物理机宕机.实验结果表明,这两种资源调度优化算法能够有效解决虚拟机资源分配不合理的问题,具有较好的适用性和应用前景.     

基于虚拟化平台Xen的内核安全监控方案

虚拟化技术作为云计算的基础架构,其安全性随着云计算的发展越来越受到人们的关注.提出一种针对虚拟机系统内核攻击的入侵检测方案,借助Xen提供的虚拟化平台,来获取虚拟机系统内核运行情况,从而达到监视和防止内核被攻击的目的.该方案可以有效地防御来自动态修改内核代码和内核不变数据结构一类的攻击.     

Enhanced Co-Scheduling: A Software Pipelining Method Using Modulo-Scheduled Pipeline Theory

Instruction scheduling methods which use the concepts developed by the classical pipeline theory have been proposed for architectures involving deeply pipelined function units. These methods rely on the construction of state diagrams (or automatons) to (i) efficiently represent the complex resource usage pattern; and (ii) analyze legal initiation sequences, i.e., those which do not cause a structural hazard. In this paper, we propose a state-diagram based approach for modulo scheduling or software pipelining, an instruction scheduling method for loops. Our approach adapts the classical pipeline theory for modulo scheduling, and, hence, the resulting theory is called Modulo-Scheduled pipeline (MS-pipeline) theory. The state diagram, called the Modulo-Scheduled (MS) state diagram is helpful in identifying legal initiation or latency sequences, that improve the number of instructions initiated in a pipeline. An efficient method, called Co-scheduling, which uses the legal initiation sequences as guidelines for constructing software pipelined schedules has been proposed in this paper. However, the complexity of the constructed MS-state diagram limits the usefulness of our Co-scheduling method. Further analysis of the MS-pipeline theory, reveals that the space complexity of the MS-state diagram can be significantly reduced by identifying primary paths. We develop the underlying theory to establish that the reduced MS-state diagram consisting only of primary paths is complete; i.e., it retains all the useful information represented by the original state diagram as far as scheduling of operations is concerned. Our experiments show that the number of paths in the reduced state diagram is significantly lower—by 1 to 3 orders of magnitude—compared to the number of paths in the original state diagram. The reduction in the state diagram facilitate the Co-scheduling method to consider multiple initiations sequences, and hence obtain more efficient schedules. We call the resulting method, enhanced Co-scheduling. The enhanced Co-scheduling method produced efficient schedules when tested on a set of 1153 benchmark loops. Further the schedules produced by this method are significantly better than those produced by Huff's Slack Scheduling method, a competitive software pipelining method, in terms of both the initiation interval of the schedules and the time taken to construct them.     

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。     

基于Xen虚拟化的隐藏进程检测方法

恶意进程利用Rootkit使自己具有极强的隐蔽性.传统的隐藏进程检测工具部署在被检测系统中,容易受到攻击.为提高检测系统的抗攻击性和准确性,提出了一种虚拟环境下特征匹配的隐藏进程检测系统.该系统部署在被监控虚拟机外部,自调整检测频率扫描计算机内存来获取进程相关信息,并通过与预先构建好的特征模板进行相似度匹配,达到检测隐藏进程的目的.实验结果表明,该检测系统可以有效地检测出典型的Rootkit代码,确定隐藏进程的存在.     

一种基于Xen虚拟机的内核完整性监控方法

为了防止内核级Rootkit对内核完整性造成破坏,描述基于Xen的隔离保护方法,Xen是一种微内核结构的虚拟机,直接运行在硬件之上,操作系统内核在Xen的域里运行,而域又可分为权限域Dom0和非权限域DomU,域问相互隔离,利用这个特性,强制将动态加载模块隔离在DomU里运行,并通过Xen的事件通道和授权表两个域间通信机制模拟出模块与内核之间函数调用。将监视模块加入中间层就可以达到监控所有模块对内核的操作。     

虚拟机监视器的安全性分析

分析虚拟机监视器的安全性能,结合开源虚拟化软件Xen分析其潜在威胁和漏洞,如超级调用、I/O直接内存传输等。设计并实现一种通过修改Xen VCPU状态信息来破坏虚拟机稳定性的方法,同时给出具体的防范措施,如可以对关键数据结构计算其校验值,及时发现是否被入侵,也可以直接禁止模块的加载,避免一切可能由模块带来的安全性问题。