基于虚拟CPU调度状态分析的动态虚拟中断映射方法的研究

摘要

虚拟化技术对硬件资源进行整合与再分配，在云计算以及数据中心构建中发挥着非常重要的作用。物理设备和虚拟操作系统之间引入的虚拟机监视器作为中间层，不可避免地使得虚拟操作系统的性能受到一定的影响，其中一个重要的方面是增加了中断的响应延时。多个虚拟CPU共享一个物理CPU时对物理CPU进行分时复用，虚拟CPU在调度队列中的等待时间会反映到该虚拟CPU对事件的响应时间中，进而使得中断等事件的响应延时严重增加。
　　本设计的研究内容主要着眼于多核虚拟机中的虚拟中断延时问题，主要针对多核虚拟机的虚拟中断处理技术进行了研究。各个虚拟CPU在调度器的调度管理下，出现部分虚拟CPU活跃、部分虚拟CPU处于排队状态的局面。当虚拟I/O APIC组件需要将中断请求映射到虚拟CPU中时，通过分析虚拟CPU当前的调度状态信息，通过动态分配算法为虚拟中断分配当前在线的虚拟CPU进行处理。同时，又考虑各个虚拟CPU的负载平衡，从而降低了由调度所引起的中断处理延时，能够大幅提高虚拟机的响应性能。
　　最后，在实验室的真实工作网络环境下对本设计进行了性能的评估。数据分析结果表明，本设计在实验环境下能够将系统的网络吞吐量提高至多于原生系统5倍的性能水平，并且使测试磁盘任务相比原生系统缩短33.2％的执行时间。同时，实验的测试结果也表明，本设计在实现设计目标的同时引入了低于1%的额外系统性能开销。

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主要符号对照表

第一章 绪论

1.1 课题主要研究内容及背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文安排

1.4 本章小结

第二章 虚拟化相关技术

2.1 虚拟化技术发展概况

2.2 常见的虚拟机监视器

2.3 常见的调度器

2.4 本章小结

第三章 方案设计

3.1 方案设计背景

3.2 总体设计思路

3.3 vINT 设计目标

3.4 模块设计分析

3.5 本章小结

第四章 方案实现

4.1 总体算法框架实现

4.2 虚拟CPU 监视模块实现

4.3 虚拟中断重映射模块实现

4.4 本章小结

第五章 实验分析

5.1 实验平台和测试环境

5.2 Ping 测试

5.3 Sysbench 实验

5.4 Netperf 实验

5.5 Apache 实验

5.6 本章小结

第六章 全文总结

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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