云计算中基于Xen虚拟机动态迁移的研究与改进

摘要

虚拟化技术是云计算的核心技术之一。它能隔离硬件体系，降低集群底层异构性。虚拟化技术的可扩展性和灵活性，大大提高了云计算中的资源利用率。虚拟化动态迁移技术通过合理分配和调度服务器上的资源，可以将虚拟机从源物理主机上无缝、完整地迁移到目的物理主机上，实现虚拟机负载均衡。
　　本文以Xen虚拟化平台为研究环境，分析了传统Xen迁移机制的工作原理和实现过程，提出了Xen迁移的缺陷和不足之处。虚拟机动态迁移中，内存迁移是最重要也是最复杂的环节，目前多使用预拷贝（Pre-Copy）的方法。Pre-Copy算法在空负载和低负载时表现不错，不过在高负载时表现不是很好，会造成高脏页的频繁重传，导致迁移效率严重下降，延长了迁移总时间。
　　论文的主要工作包括：
　　1、从控制迁移总数据量入手，多角度地对迁移机制的策略进行优化。主要做法是通过减少脏页的传送、降低脏页的产生，使迁移时尽量传送有效页面，同时，通过内存压缩算法将要传送的内存页的内容进行压缩，进一步降低迁移数据量。针对以上思路提出了迁移性能优化框架，即在Xen虚拟机运行迁移过程中添加三个优化子模块：脏页率预测模块、抑制调配模块以及内存压缩模块。脏页率预测算法能根据脏页最近n次的修改情况，计算它下次传送时又变脏的概率，并以此为判断依据减少高脏页率情况下脏页的重复传送。抑制调配算法是通过直接减少脏页的产生量来提高迁移性能的。内存压缩算法是在内存页迁移前对迁移域进行的最后一道加工，通过压缩内存页大大减少了迁移的数据量。分析了这三个模块的意义作用，对其进行设计和实现。然后，将三个模块与Xen原迁移机制进行有效结合，设计并实现了动态迁移的优化机制。
　　2、对优化机制进行实验测试，在对实验数据进行分析的基础上，得到优化后的内存迁移机制在总迁移时间、停机时间和脏页传送数量上均有明显降低的结论，实现了虚拟机迁移性能优化的目的。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文结构安排

第2章 虚拟化技术

2.1 云计算概述

2.2 虚拟机概述

2.3 Xen概述

2.4 本章小结

第3章 Xen动态迁移技术的研究和改进

3.1 Xen虚拟化动态迁移机制

3.2 Xen传统迁移机制的分析改进

3.3 本章小结

第4章 Xen动态迁移框架的设计与实现

4.1 预测变脏率的优化模块

4.2 抑制脏页产生的抑制模块

4.3 内存压缩算法模块

4.4 内存迁移优化机制的实现

4.5 本章小结

第5章 实验测试与结果分析

5.1 实验环境

5.2 实验方案与数据分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

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