虚拟化环境下基于群调度同步优化机制的研究

摘要

虚拟化在云计算这一新兴基础设施建设中起着至关重要的作用。具有多种工作负载的虚拟机同时运行在云平台上的物理机上，虚拟机管理器的CPU调度通过异步方式调度虚拟机的各个虚拟CPU，保证了分配给每个虚拟机的CPU时间比例。这种按比例分配的方法简化了虚拟机管理器CPU调度算法的实现，并对常规工作负载提供近乎完美的公平性能，因而被广泛采用。然而，当虚拟机上运行的工作负载是并行应用程序时，由于虚拟化对同步操作的负面影响，上述方法会导致性能的急剧下降。因此，针对并行计算的虚拟机调度研究是当前的主要研究热点之一。
　　在Xen虚拟化环境中，实现了同步优化调度系统（简称CCHybrid），旨在保持非并行负载性能的前提下，减轻虚拟化对并行负载的负面影响性能。CCHybrid解决了虚拟化给同步应用带来的影响，提高同步负载的性能，同时保证虚拟机的公平性和非并行负载的性能不受影响。首先，针对Xen CPU调度器，提出了CCHybrid的总体架构设计方案，为Xen虚拟化环境平台提供了CPU资源分配的底层服务；其次，提出了一种基于群调度的CPU混合调度算法以适应虚拟机负载的多样性；最后，扩展Xen的Credit调度器，实现了这种CPU混合调度算法。系统采用基于权重比例的共享策略保证公平性，运用部分群调度策略解决虚拟化给同步带来的影响，通过动态调整群粒度的大小缓解群调度的CPU碎片问题，维持原有异步调度策略保证非并行负载性能。
　　测试结果表明在多个虚拟机情况下，相比于Xen的Credit调度算法，同步优化调度系统CCHybrid将并行负载的性能提升了15％到50％，且对非并行负载的性能影响不超过5％。

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1 绪论

1.1 问题提出

1.2 国内外研究现状

1.3 课题背景、研究内容及组织结构

2 虚拟化环境下同步优化调度系统CCHybrid总体设计

2.1 背景与设计思路

2.2 CCHybrid系统架构和功能模块

2.3 CCHybrid的工作流程

2.4 关键问题和难点分析

2.5 小结

3 虚拟化环境下CCHybrid系统的CPU调度算法

3.1 虚拟化环境下并行负载的调度模型

3.2 虚拟化环境下混合CPU调度算法

3.3 小结

4 系统测试与性能分析

4.1 运行环境及评价指标

4.2 单个虚拟机测试

4.3 多个虚拟机测试

4.4 小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间申请的国家发明专利

附录2 攻读硕士期间参与的文章