基于重用距离分析的多虚拟机缓存划分系统

摘要

随着多核和众核技术的普及,计算机以并行化计算方式大幅度提升了系统整体的处理能力和计算性能。但是多核技术也引入了严重的资源竞争问题,各并发任务共享缓存等硬件,造成了缓存资源竞争,导致竞争应用缓存命中率降低,产生严重的性能损失。尤其是针对高性能计算的虚拟化集群环境,缓存资源竞争导致虚拟机之间的隔离机制被打破,带来计算性能损失和安全可靠性降低的双重问题。
　　基于重用距离分析的多虚拟机缓存划分系统,通过对高性能计算应用进行访存地址采样和缓存缺失率在数据集上变动情况的性能采样,使用分割碎片计算,循环压缩数据方法加快大规模采样数据的处理,生成各应用的重用距离直方图,记录各应用的重用距离在缓存块上的分布比例情况。对重用距离等缓存行为数据的分析过程,使用特征类型识别技术,获得各应用的缓存行为特征类型。虚拟机缓存划分机制接收用户的特化应用虚拟资源申请,对各虚拟机的应用进行特征类型匹配,重点处理缓存污染型和缓存敏感型应用虚拟机的资源分配;通过节点间的通信协作,完成各虚拟机的资源创建和物理核资源的隔离绑定,实现虚拟机缓存划分。系统通过应用的重用距离分析识别应用类型,在虚拟机隔离的粒度上将各应用间缓存影响降到最低,实现虚拟机应用间的缓存划分隔离效果,提升了高性能计算应用的计算性能和服务质量。
　　测试结果分析表明,采用基于重用距离分析的多虚拟机缓存划分系统,对缓存敏感型应用有良好的性能提升效果,包括运行时间缩短10％~21%,吞吐量增加10%~23%,缓存缺失率降低10%~25%。

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1 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3课题背景和研究内容

1.4论文组织结构

2 基于重用距离分析的多虚拟机缓存划分系统的设计

2.1系统概述

2.2系统设计思想

2.3体系结构与功能模块

2.4工作机制与处理流程

2.5重用距离分割压缩计算算法

2.6小结

3 基于重用距离分析的多虚拟机缓存划分系统的关键技术

3.1应用行为采样过程

3.2重用距离分析技术

3.3缓存划分策略

3.4虚拟机缓存划分机制

3.5节点通信规则

3.6小结

4 性能评测与分析

4.1测试环境

4.2功能测试

4.3性能测试及分析

4.4小结

5 总结及展望

致谢

参考文献