桌面虚拟化环境下的交互式性能优化

硬件辅助虚拟化的提出,极大地提高了全虚拟化的性能。但是全虚拟化下类似网络教室等桌面虚拟化应用,在交互式性能方面还存在较大局限。交互式性能主要受I/O性能的影响:一方面I/O设备属于慢速设备;另一方面全虚拟化中采用模拟方式来共享设备。对全虚拟化的交互式性能进行了改进,充分利用多核处理器的物理特征来部署配置虚拟机,根据用户行为动态调整虚拟机的使用资源,依据虚拟化特征进行I/O调度的优化。最后,通过评测实验证明了改进方案的有效性。     

基于SR-IOV的IO虚拟化技术

虚拟技术经过多年的发展,CPU虚拟化与内存虚拟化均已成熟,而I/O虚拟化方面却未出现大的变化,成为当前虚拟技术性能提高的瓶颈。近期Intel公司提出的SR-IOV技术通过在硬件层增加虚拟支持,与原有I/O虚拟化中采用的Passthrough技术相结合,极大的提高了物理设备的使用效率和客户域的I/O性能。文章在总结虚拟技术中采用过的I/O模型基础上,分析了SR-IOV技术的实现和特点。     

Xen的I/O虚拟化性能分析与优化

在Credit算法应用中,由I/O事务唤醒的VCPU处于最高优先级BOOST状态,优先抢占PCPU资源,使I/O操作的响应速度提高,但多个虚拟机同时进行I/O操作时,会引起较长延时和公平性原则被破坏问题.针对这个问题,研究分析SEDF算法、Credit算法、Credit2算法,提出L-Credit调度算法解决多个虚拟机同时进行I/O操作引起响应延迟的问题.通过监测I/O设备环共享页面中响应和请求的个数的方法,对处于BOOST状态下I/O操作进一步细化排序,使稀疏型I/O操作较密集型I/O操作先调用执行.通过对L-Credit算法与Credit算法在同一应用场景下反复对比实验,得出L-Credit算法可以提高I/O响应性能,并且继承了Credit算法负载均衡和按比例公平共享的特点.     

一种网卡硬件辅助虚拟化技术

经过多年的发展,CPU虚拟化和内存虚拟化技术已经成熟,但是I/O虚拟化技术一直是虚拟化技术发展的瓶颈,也制约着整个系统虚拟化性能的提升.目前,Intel的VT-d技术已经能够实现Passthrough I/O功能,而且还通过VT-d和网卡虚拟化实现了SR-IOV技术,有效地解决了I/O虚拟化中的诸多问题.     

一种独立式I/O虚拟化方法研究

当前虚拟化系统中的设备仿真过程与I/O指令串行执行,无法发挥真实体系结构中直接存储器访问、异步I/O等加速I/O访问技术的性能优势,致使虚拟平台I/O性能与真实I/O性能存在一定差距。针对该问题,提出一种独立式I/O虚拟化方法,通过将I/O仿真活动(如磁盘读写)分离成一个独立的进程,虚拟机监控器(VMM)只保留相应的接口,达到将VMM与I/O设备分离实现仿真与指令并行化执行的目的,并基于QEMU平台实现该方法。实验结果表明,采用该方法后的QEMU I/O读写性能优于原有I/O子系统。由于I/O指令不必再等待I/O仿真的结束,因此在提高CPU指令执行速度的同时,能够有效提高4.9%的磁盘读取速度及9.2%的VGA测试基准软件Viewpref得分。     

科学计算双路并行I/O优化方法

科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/o方法可提高写性能8％～13％,提高读性能89％到1.01倍.     

GRAPES区域模式的输入输出分析和优化

新一代全球/区域多尺度统一的同化与数值预报系统Global/Regional Assimilation and PreEdiction System(GRAPES)是中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)自主研发的数值天气预报软件.随着对模式分辨率和预测时效性要求的提高,GRAPES的输入输出(I/O)性能成为了一个重要的瓶颈.分析了GRAPES区域模式的I/O行为,提出并设计实现了一个高性能I/O框架.该框架采用二进制编码以及多I/O通道技术实现了灵活可配置的输出方式.同时,通过非堵塞通信的方式实现了异步I/O,隐藏了I/O与通信的开销.工作在曙光"派"超级计算机上进行了测试,结果显示该框架不仅可以提高I/O性能达到10倍以上,也可以减少性能抖动带来的性能不确定性问题.     

虚拟机监控器Xen的可靠性优化

对一个开源的、主流的虚拟机监控器Xen进行了优化研究。用通信顺序进程(CSP)和软件体系结构等形式化方法描述了Xen的块设备I/O体系结构,增加了约束其构件并发交互行为的设计准则,理论上确保了并发交互不死锁,提高了系统的可靠性。以这些设计准则为指导,重新优化设计了相关程序。实验表明优化虽然减小了I/O吞吐量,但系统的可靠性得到了增强,优化仍具有价值。     

基于Xen的I／O准虚拟化驱动研究

针对全虚拟化下客户端虚拟机无法“感知”虚拟机监视器的问题,对基于Xen的I／O准虚拟化驱动进行研究,通过实验可知,准虚拟化驱动能够消除全虚拟化方式下虚拟机监视器“黑箱”特性的限制,可以实现和虚拟机监视器的密切配合,从而提高I／O性能。在虚拟机Xen的全虚拟化环境中加入准虚拟化驱动,采用对比测试方法验证了该驱动能大幅提升网络性能。     

关于I/O模拟的讨论

详细分析Windows的I/O机制,提出了分别在用户级、系统级、驱动级的I/O模拟操作,通过实际案例和源代码分享在I/O模拟上的得失,着重介绍鼠标与键盘的模拟。     

基于单根I/O虚拟化的多根I/O资源池化方法

虚拟化技术在为现代数据中心提供高效的服务器整合能力和灵活的应用部署能力的同时,也对数据中心服务器的I/O系统设计提出了新的需求,现有I/O资源与服务器紧密绑定的I/O体系架构将产生成本上升、资源冗余、I/O连线复杂化等一系列问题.针对上述问题,提出了一种基于单根I/O虚拟化协议(single root I/O virtualization, SR-IOV)的多根I/O资源池化方法：基于硬件的多根域间地址和ID映射机制,实现了多个物理服务器对同一I/O设备的共享复用,有效减少单体服务器所需的设备数量和连线数量,并进一步提高服务器密度;同时提出虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配,提高资源的利用效率.提出的方法在可编程逻辑器件(fieid-programmable gate array, FPGA)原型系统中进行了验证,其评测表明,方法能够在实现多根I/O虚拟化共享的同时,保证各个根节点服务器获得近乎本地直连设备的I/O性能.     

云环境下网络I/O虚拟化的研究与改进

云计算对网络的共性需求体现在无感知服务、资源动态适配、可靠性保障、虚拟化和安全性等方面,然而,虚拟化作为云计算数据中心的关键技术,就是最大化有限的物理资源提供有效的传输服务.为了解决高速网络I/O虚拟化在面临I/O密集的应用时导致的I/O性能降低问题,论文提出了网络I/O性能的优化方法:一种分层处理I/O调度的网络虚拟化模型,对云平台下的VM应用进行递进式的优化I/O策略.实验结果证明提出的模型能够提高网络I/O的性能并提高硬件资源的充分利用.     

多虚拟机环境下磁盘写优化机制

在虚拟化环境下,如何在写直达法和写回法之间做出权衡以使系统既具有较好的可靠性又具有较高的磁盘读写性能,是一个亟待解决的问题。本文提出了基于XEN的兼有写直达法和写回法优点的磁盘数据写操作方法。通过修改虚拟机块设备前后端驱动程序,在虚拟机管理器中为每个虚拟机建立块级别的虚拟机磁盘缓存。虚拟机中的应用程序均采取写直达的方式,将数据直接写到位于虚拟机管理器的虚拟机磁盘缓存中。结果表明,该机制能为虚拟机提供高效率的磁盘读写操作,同时,在虚拟机系统突然宕机时也能保证用户数据的完整性和可靠性。     

大数据中心存储信息分层分类优化提取仿真

目前信息分类提取方法不能满足用户在大数据时代下的信息获取速度需求,为此,提出了基于大数据中心存储信息分层分类优化的信息提取方法。提取数据信息的特征,对得到的信息特征进行校对和调整,在获得存储机制下大量信息的关键特征后,采用信息校验方法消除冗余信息,在信息的校验过程中获取冗余信息的二维坐标,根据这个坐标进行二次检验,确保冗余信息完全消除。利用获取的信息关键特征系数,对比校验区域信息,完成对信息的精确检测,保证信息分类分层优化的有效性。将优化后的信息作为分层分类信息提取的样本,通过条件假设和似然比对事件的发生概率的计算结果确定事件的发生概率,实现对分层分类优化后信息的提取。仿真结果证明,所提方法在提取大数据中心存储信息时,具有速度快、准确率高、信息损失量低等特点。     

数据库优化方案探讨

随着数据库技术应用领域的不断扩大,数据库系统能否正常、高效地运行倍受关注.本文以数据库性能优化的基本原则为出发点,对数据库性能优化进行了分析,阐述了影响数据库性能的主要因素,并就数据库优化方案进行了探讨.     

众核处理器中硬件支持的I/O虚拟化优化技术研究

众核处理器中I/O资源被多个处理器核所共享。I/O虚拟化实现了I/O资源的高效共享和安全隔离,被越来越多的处理器设计所采用。硬件支持的I/O虚拟化从体系结构设计时就考虑对I/O虚拟化的支持,提供了一个全面、高效的I/O虚拟化的解决方案。深入研究了硬件支持I/O虚拟化的两大关键技术——DMA重映射技术和中断重定向技术,提出了基于Hint的IOTSB Cache管理方法和基于失效队列的失效方法来对DMA重映射进行优化,提出了多层可操控的中断模型和灵活可控的中断重定向实现方法来对I/O中断重定向进行优化。测试结果表明,提出的硬件支持的I/O虚拟化优化方法以很低的I/O性能开销实现了I/O资源的高效共享,提供了几乎接近无虚拟化环境下的I/O性能。