一种基于VirtFS的共享文件空间技术

由于虚拟环境多次I/O操作模拟的存在,运行在宿主服务器中的各虚拟客户机之间使用传统代理进行文件访问效率不高。为此,提出了基于VirtFS的共享文件空间技术。构建了虚拟客户机共享文件空间的系统架构,设计了虚拟磁盘操作映射机制,使用VirtFS框架提供的系统层接口,在宿主服务器中的VirtFS服务端截取和映射文件操作,直接将虚拟机文件系统的操作映射为对宿主服务器文件系统的操作。为了保障安全,彻底隔离用户域,实现分组共享。实验结果表明,采用该方法比现有代理方法文件读写效率分别提高9.7和5.7倍。     

基于增加数据宽度的方法提高访存速度

低效率的访存操作是限制微处理器性能提高的一个关键因素。因此提高访存速度可以有效改善微处理器的性能。提出了一种基于增加数据宽度的方式来提高访存速度的方法。通过使用多字宽存储器来增加数据带宽,降低失效开销的时钟周期,从而达到提高访存效率的目的。     

基于数据预取的多核处理器末级缓存优化方法

末级缓存的性能已成为影响多核处理器整体性能的关键因素.基于多核处理器在处理并行程序时各处理器核访存行为的相似性,提出一种降低访存缺失率的数据预取方法.首先记录各处理器核的访存缺失历史;然后通过分析历史信息预测各处理器核之间末级缓存缺失的关联关系,采用数据预取的方式,在处理器核出现读缺失之前为其末级缓存提供数据块.实验结果表明,对于4核和16核处理器系统,该方法可以分别降低末级缓存缺失率9.8％和18.4％,提高性能4.0％与12.4％.     

RISC微处理器中I/O子系统设计的一种优化方法

低效率的访存操作是限制微处理器性能提高的一个关键因素。提出了I/O子系统（IOSS）设计中一种优化的模型,阐述了该模型提高访存效率的机制,分析了这种模型协调微处理器与存储器之间速度差异的作用。Verilog仿真、综合和静态时序分析的结果表明该设计达到了预定的要求。目前龙腾Ⅱ微处理器已经进入后端流程,不久将使用0.18μm的工艺进行流片。     

结合PVT模拟和排队模型的系统级主存性能分析

由于主存系统的性能受到多种因素的影响,现有方法不能快速地得到可靠的分析结果,从而影响芯片质量和上市时机.为解决此问题,提出将带时序的程序员视图(PVT)模拟和排队论相结合的方法--ComPQ.首先从PVT模拟中提取与访存相关的系统级实时参数,然后将主存系统抽象为非抢占优先的M/G/1排队模型,再结合实时参数进行性能分析,得到平均访存延迟结果.由于PVT的建模和模拟代价小,从中得到的实时参数弥补了静态理论分析的不足;同时,排队论也提高了纯PVT模拟的精度.实验结果表明,ComPQ与周期精确级模拟相比平均误差为6. 38%,最后用主存系统设计空间探索的实例验证了ComPQ的有效性.     

一种加速访存地址计算的编译优化

在国产申威高性能多核服务器系统中,基础编译系统对应用程序中访存操作进行代码生成时,没有考虑国产处理器指令特征,导致编译器生成的访存地址计算代码效率较低,影响国产高性能处理器的性能。为充分发挥国产处理器高性能计算能力,提出一种加速访存地址计算的编译优化方法。加速访存地址计算编译优化基于处理器支持带扩展因子的运算指令,在编译器后端内存地址表达式合法性检查中,添加针对乘加模式的地址计算表达式合法性检查算法,自动识别地址表达式中存在的乘加运算并进行合法性检验,对符合条件的地址表达式在代码生成阶段匹配生成带扩展因子的运算指令来快速计算访存地址,从而加快访存指令的发射与执行以及应用程序中的访存地址生成,提升访存效率。使用行业标准性能测试集SPEC CPU2006对优化效果进行评测,结果表明,相比优化前SPECspeed Integer与SPECspeed Float Point两个子集,该优化方法平均性能分别提高了2.53%与1.50%。     

多线程ARM虚拟机的设计与实现

虚拟机技术广泛应用于代码移植、跨平台计算和模拟硬件机器、嵌入式系统模拟等领域.该技术以软件的方式构建通用机器的硬件的仿真环境,实现机器指令在处理器中的运算过程.在介绍了虚拟机原理的基础上,设计并实现了基于多线程的ARM虚拟机,初步模拟了ARM9的指令执行过程.     

面向多媒体SoC的存储体访存负载均衡划分方法

随着多媒体So C中具备密集访存能力的设备数量增加,设备之间频繁争抢存储体资源,严重影响访存性能.为此提出一种面向多媒体So C的存储体访存负载均衡划分方法.通过操作系统对物理内存的管理,将设备所访问的数据映射到独立的存储体中,避免争抢频繁的设备共享存储体,减少设备间的访存冲突;划分过程基于数据量、延迟分析设备访存行为与访存冲突之间的关系,并以此来均衡各存储体的访问负载,同时提升多个设备的访存性能.该方法不依赖特殊硬件也无需修改上层应用,提供了一种透明的纯软件优化手段.将文中方法应用于真实的多媒体So C的实验结果表明,与基于带宽优先的划分方法相比,该方法在提高带宽利用率的同时降低访存延迟,将解码帧率提升8.4%~12.3%;并且在保证服务质量的情况下,可以通过进一步降低内存工作频率来减少系统功耗.     

基于热例程的动态二进制翻译优化

依据对系统级程序行为特性的观察,提出了一种基于热例程的动态二进制翻译优化方法。该方法以频繁执行的例程作为优化单位,通过块内和块间优化算法消除动态二进制翻译引入的冗余。相比基于踪迹的优化方法,该方法具有优化单位发现开销更小、代码区域更大、无重复翻译等优点,更适用于系统虚拟机中操作系统代码的优化。在跨平台系统虚拟机监控器ARCH-BRIDGE上的测试表明,通过对内核代码实施该优化方法,SPEC CPUINT 2006程序的效率提升了3.5%~14.4%,相比基于踪迹的优化,性能最大提升了5.1%。     

一种基于页面级流缓存结构的流检测和预取算法

为了提高网络内存的访存性能,基于一种页面级流缓存和预取结构提出了可变步长的带状流检测算法VSS(variable stride stream)和基于时钟步长的流预取优化算法来优化网络访存性能.带状流检测算法解决了固定步长流检测下循环访问中虚拟页地址的跳跃问题,消除了断流,可以有效提高流检测的覆盖率.基于时钟步长的流预取优化动态调整预取长度,可以解决有些预取不能及时取回的问题,进一步提高预取性能.通过和顺序预取算法的比较可以看出,VSS算法可以实现高准确率、低通信开销的预取.通过模拟分析了这种流缓存和预取机制在网络访存系统中的应用,验证了以少量性能下降换取灵活的远程内存扩展方法的可行性.     

嵌入式跨平台虚拟软件技术的研究与应用

嵌入式跨平台虚拟软件是一种将RISC硬件体系结构虚拟成CISC硬件体系结构平台。本文的研究目的是通过在RISC体系硬件平台添加一个软件层,实现一个虚拟而且兼容X86的硬件平台,从而顺利地运行X86平台下的所有操作系统、应用程序等X86系列软件。重点讲述嵌入式跨平台虚拟机CPU虚拟设计和bootloader设计。嵌入式跨平台虚拟软件技术在嵌入式行业中有较高的应用价值。     

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。     

虚拟机资源概率配置的云计算SEFFD算法

摘要：为增强虚拟机资源分配过程性能,有效解决云计算环境下虚拟资源分配的NP hard问题,利用模拟进化算法结合首次下降算法构建虚拟资源分配优化过程（SEFFD）。首先,构建全新的虚拟资源分配的评估方式,并结合模拟进化过程较强的算法寻优爬坡效果,采用迭代方式实现虚拟资源分配过程的个体选择、评估以及排序进化;其次,以模拟进化（SE）过程所获得资源分配结果为基础,结合首次下降（FFD）算法准则,实现物理主机及虚拟机资源的二次分配,从而获得资源分配效果和效率的同步提升;最后,利用CloundSim及Gridbus云计算仿真平台对算法性能进行对比测试,实验结果表明所提策略的内存利用率高于60%,处理器利用率大于55%,可有效减少所需物理主机数量,从而降低能耗。     

工业控制器跨平台特性设计

针对工业控制器在进行软硬件平台更新时应复用原有成熟可靠技术的需求,研究工业控制器设计与实现中对软硬件平台的相关度,提出一种工业控制器跨平台特性设计方法,包括硬件抽象层、操作系统抽象层、软件架构设计及实现。通过该设计方法对集散控制系统控制器进行跨平台特性设计,形成虚拟控制器。应用结果证明,该方法能够达到技术复用要求,提高开发效率和成熟度,满足工业控制系统的高性能和高可靠性要求。     

基于Linux网络计算机Java虚拟机的性能优化

目前,Linux网络计算机中的Java虚拟机在运行Java应用程序时,存在着执行性能较低的问题。该文实现一种优化方案：在Kaffe虚拟机中应用并改良直接线索式解释器优化技术。旨在兼顾Linux NC现有的硬件配置和软件模式,有效地提升Java虚拟机运行效率,并保证较低的CPU和内存成本。从而改善虚拟机的性能表现。     

Optimizing guest swapping using elastic and transparent memory provisioning on virtualization platform

On virtualization platforms, peak memory demand caused by hotspot applications often triggers page swapping in guest OS, causing performance degradation inside and outside of this virtual machine (VM). Even though host holds sufficient memory pages, guest OS is unable to utilize free pages in host directly due to the semantic gap between virtual machine monitor (VMM) and guest operating system (OS). Our work aims at utilizing the free memory scattered in multiple hosts in a virtualization environment to improve the performance of guest swapping in a transparent and implicit way. Based on the insightful analysis of behavioral characteristics of guest swapping, we design and implement a distributed and scalable framework HybridSwap. It dynamically constructs virtual swap pools using various policies, and builds up a synthetic swapping mechanism in a peer-to-peer way, which can adaptively choose different virtual swap pools.We implement the prototype of HybridSwap and evaluate it with some benchmarks in different scenarios. The evaluation results demonstrate that our solution has the ability to promote the guest swapping efficiency indeed and shows a double performance promotion in some cases. Even in the worst case, the system overhead brought by HybridSwap is acceptable.     

ArchSim: A System-Level Parallel Simulation Platform for the Architecture Design of High Performance Computer

High performance computer (HPC) is a complex huge system, of which the architecture design meets increasing difficulties and risks. Traditional methods, such as theoretical analysis, component-level simulation and sequential simulation, are not applicable to system-level simulations of HPC systems. Even the parallel simulation using large-scale parallel machines also have many difficulties in scalability, reliability, generality, as well as efficiency. According to the current needs of HPC architecture design, this paper proposes a system-level parallel simulation platform: ArchSim. We first introduce the architecture of ArchSim simulation platform which is composed of a global server (GS), local server agents (LSA) and entities. Secondly, we emphasize some key techniques of ArchSim, including the synchronization protocol, the communication mechanism and the distributed checkpointing/restart mechanism. We then make a synthesized test of some main performance indices of ArchSim with the phold benchmark and analyze the extra overhead generated by ArchSim. Finally, based on ArchSim, we construct a parallel event-driven interconnection network simulator and a system-level simulator for a small scale HPC system with 256 processors. The results of the performance test and HPC system simulations demonstrate that ArchSim can achieve high speedup ratio and high scalability on parallel host machine and support system-level simulations for the architecture design of HPC systems.     

改进指数平滑预测的虚拟机自适应迁移策略

针对云数据中心虚拟机频繁迁移问题对虚拟机迁移时机进行研究,提出一种基于改进指数平滑预测的虚拟机自适应迁移策略.该策略采用双阈值和预测相结合的方法,连续判断负载状态触发负载预测,然后,根据历史负载值自适应地预测下一时刻主机负载状态并触发虚拟机迁移,实现主机负载平衡,提高迁移效率,降低能耗.经实验表明,该方法在能耗和虚拟机迁移次数方面分别可降低约7.34%和58.55%,具有良好的优化效果.     

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.     

申威架构下的虚拟机访存特征提取方法

虚拟化技术是云服务的重要支柱之一,虚拟化充分扩展了物理资源的灵活性,提升了物理资源的利用率。随着国家信息化水平的发展,云服务器核心技术自主可控、安全高效的要求不断提高。近年来,作为国产服务器的典型代表,申威架构服务器的功能不断完善。提出了申威架构上的虚拟机访存特征提取方法,充分利用了申威架构独特优势,实时测算虚拟机的内存缺失率曲线,并最终计算工作集大小,同时利用热页集机制大幅度减少页面追踪的性能开销。实验结果表明,该方法可以准确计算虚拟机工作集大小,平均误差低于3%,平均性能开销不高于8.3%。本工作为申威虚拟机内存动态分配提供条件,最终目标是提高申威云服务器整体性能和内存利用率。