一种动态优先级排序的虚拟机I/O调度算法

I/O任务调度是影响I/O密集型虚拟机性能的重要因素。现有调度方法主要是针对虚拟机整机I/O带宽的优化,较少兼顾各虚拟域与全局性能,也无法满足域间差异化服务的要求。针对现有方法的不足,提出了一种动态优先级排序的虚拟机I/O调度算法DPS。该算法基于多属性决策理论,以离差最大化方法计算I/O任务的优先级评估属性权重,对I/O任务优先级进行综合评估;通过引入任务所在虚拟域价值,体现云计算环境下虚拟域重要性差异。在Xen系统中通过实验评测DPS调度虚拟化网卡的性能,结果表明,DPS能够有效提高指定域与全局的I/O任务截止期保证率、整机I/O带宽,并能为不同虚拟域的I/O应用提供差异化服务。     

半虚拟化I/O模型的KVM虚拟机域间通信优化方法

提出了一种半虚拟化网络模型来优化虚拟机域间通信的性能,通过共享内存建立通信通道来打破虚拟机之前的隔离屏障,减少在数据传输过程中的拷贝次数.基于内核虚拟机(kernel-based virtual machine,KVM)半虚拟化框架编程接口的实现方法可以简化设备I/O的模拟,减少特权指令模拟所需的根-非根模式的切换,提...     

一种新的Hypervisor逻辑域通道设计

UltraSparc T1/T2处理器采用硬件辅助的虚拟化技术,其平台固件Hypervisor实现了虚拟机管理的主要功能。逻辑域通道(Logical Domain Channel)是Hypervisor实现的支持虚拟机间以及虚拟机与Hypervisor间通信的一种机制,其实现简单,但缺乏足够的灵活性。同时,基于逻辑域通道的数据传输需要对传输数据进行拷贝,极大地影响了数据传输性能。本文介绍了一种新的逻辑域通道技术,采用基于描述符的直接数据传递方法,数据经过逻辑域通道时不需要拷贝,其长度也不受逻辑域通道缓冲区大小的限制,实现了虚拟机间灵活高效的数据传递。     

基于虚拟机的透明计算设备子系统设计及实现*

为解决在现有透明计算系统中磁盘等设备的虚拟化,需要对操作系统进行修改才能在端计算机上运行的问题,提出透明计算系统中一种基于虚拟机技术的设备子系统。以Intel VT硬件级虚拟支持和Xen虚拟化技术为基础, 在全虚拟化的虚拟机上运行用户操作系统: 通过运行在管理域用户空间中设备模型的虚拟磁盘和网络驱动,将用户域访问磁盘和网络的I/O请求跨网络地重定向到服务器进行处理, 从而实现端计算机上多操作系统的远程运行。在VT硬件平台和Xen虚拟机监控器上实现了原型系统,验证了该方法的可行性。     

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.     

修改客户操作系统优化KVM虚拟机的I/O性能

目前,运行在虚拟机上的客户操作系统(Guest OS)是面向物理机器开发的普通操作系统,其中存在不适应虚拟化环境的因素,影响虚拟机的I/O性能.作者通过测试发现了影响虚拟机I/O性能的一些问题,针对这些问题提出了优化方法:一方面,通过合并客户操作系统中连续的I/O指令,降低虚拟机的时钟中断频率,从而降低环境切换的开销;另一方面,消除客户操作系统中的冗余操作,包括在虚拟化环境下无效的函数、冗余的I/O调度以及虚拟网卡驱动对NAPI的支持,使虚拟机只执行必要的操作,从而提高系统的性能.     

基于超低延迟SSD的页交换机制关键技术

随着内存密集型应用的快速发展,应用对单机内存容量的需求日益增大.然而,受到颗粒密度的限制,内存容量的扩展度较低.页交换机制是进行内存扩展的经典技术,该机制通过将较少使用的内存页面暂存在存储设备,以达到扩展内存的目的.过去页交换机制由于慢速磁盘的读写速度限制,无法被广泛应用.近年来,得益于超低延迟固态硬盘（solid state drive, SSD）的快速发展,页交换机制可以利用其低延迟的读写特性,提升页交换效率.然而,在低I/O延迟的情况下,传统页交换机制的I/O栈存在巨大的软件开销.首先对使用超低延迟SSD的Linux页交换机制进行测试与分析,发现现有页交换机制的主要瓶颈在于发送请求时存在队头阻塞问题、I/O合并和调度开销,以及内核返回路径上的中断处理和直接内存回收开销.基于分析结果,提出基于超低延迟SSD的页交换机制Ultraswap.Ultraswap在Linux I/O栈的基础上增加对轮询请求的处理,并降低I/O合并与调度开销,实现轻量级的I/O栈.基于Ultraswap的I/O栈,对内核页交换机制的换入与换出路径进一步优化.通过优化对缺页、直接内存回收的处理,降低页交换机制...     

Xen虚拟机间的磁盘I/O性能隔离

针对当前的虚拟化技术无法使各个虚拟机平等地或按特定比例地共享磁盘带宽、无法保证虚拟机间的I/O性能隔离的问题,基于Xen半虚拟化技术中的块IO请求处理过程,提出一种适用于Xen虚拟机间的磁盘I/O性能隔离算法-XIOS(XenI/O Scheduler)算法,在通用块层调度各虚拟机的块IO操作(bio结构),在I/O调度层保障延迟需求.实验结果表明该算法有效地在虚拟机间按比例地分配磁盘带宽.     

基于Xen硬件虚拟机的安全通信机制研究

在深入分析Xen硬件虚拟机通信机制和网络安全控制技术的基础上,实现了Xen硬件虚拟机安全通信机制,它在虚拟机监控器上加入了一个安全服务器,同时在虚拟机进行网络通信的关键路径上添加安全检查模块,实现了虚拟机通信的访问控制,提高了虚拟域间通信的安全性。     

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。