云平台调度的亲和性、安全保护和内存效率研究

摘要

云计算是现代互联网服务的重要基石。云计算以云平台的形式提供服务，调度是云平台系统的关键组成。云平台利用虚拟化技术将硬件、软件和服务等资源抽象为资源池形式，通过调度系统统一管理资源。应用服务性能、资源利用率和安全保护是云平台调度系统设计的重要目标。
　　根据虚拟化实现原理，虚拟机之间存在一定相关性即亲和性，不同的部署方式会影响虚拟机的应用性能和云平台的资源利用率。目前OpenStack云平台的调度算法过于简单，缺乏一种调度机制利用虚拟机亲和性这些现象。另一方面，在云平台调度系统中，重要的配置参数存储于内存键值存储服务中，而传统内存保护方法无法防止被劫持操作系统的非法访问，存在一定安全隐患。当调度结果导致虚拟机集中部署时，部分服务器上存在大量空闲内存，云平台内存效率低下。
　　为了设计合理安全高效的云平台调度系统，本文围绕云平台调度问题展开，重点研究云平台调度系统的亲和性、安全保护和内存效率3个方面相关联的问题，主要贡献有:
　　1.研究虚拟机亲和性，分析不同部署方式对虚拟机应用性能和云平台资源利用率的影响，定义亲和性描述虚拟机之间的关系，设计并实现基于虚拟机亲和性的OpenStack云平台调度，提高应用性能和资源利用率。
　　2.研究内存安全保护，设计并实现基于SGX硬件保护的内存键值存储服务，用于安全存储调度系统重要的配置参数，研究模块间调用消耗热点，通过批处理优化提高读写性能。
　　3.研究内存使用效率，为了应对调度结果导致的内存资源过剩现象，设计并实现基于SGX键值服务的Docker远程内存卷管理，利用远程内存来提高容器应用的IO性能，并提高云平台内存效率。

目录

声明

摘要

1．1 研究的背景和意义

1．2 本文的主要工作和创新点

1．3 本文组织结构

第2章 云计算关键技术研究

2．1 虚拟化技术概述

2．2 云平台和虚拟机部署概述

2．2．1 OpenStack云平台

2．2．2 虚拟机部署问题

2．3 SGX技术概述

2．3．1 内存访问保护

2．3．2 应用运行模型

2．4 容器技术概述

2．5 本章小结

第3章 基于虚拟机亲和性的OpenStack云平台调度

3．1 引言

3．2 不同部署方式影响研究

3．2．1 正亲和性集中部署

3．2．2 反亲和性分散部署

3．3 虚拟机亲和性调度算法

3．3．1 关键概念描述

3．3．2 算法执行流程

3．4 OpenStack云平台集成

3．4．1 Nova调度模块分析

3．4．2 集成架构设计

3．5 实验及分析

3．5．1 模拟用例验证

3．5．2 真实场景验证

3．6 本章小结

第4章 基于SGX硬件保护的内存键值存储服务

4．1 引言

4．2 总体架构设计

4．3 本地服务实现

4．3．1 本地服务架构模型

4．3．2 批处理优化

4．3．3 持久化与快照

4．4 远程服务实现

4．4．1 远程服务架构模型

4．4．2 分布式设计

4．4．3 批处理缓存机制

4．5 实验及分析

4．5．1 CGO调用优化验证

4．5．2 SGX调用优化验证

4．5．3 整体优化验证

4．6 本章小结

第5章 基于SGX键值服务的Docker远程内存管理

5．1 引言

5．2 总体架构设计

5．2．1 卷创建与挂载卸载流程

5．3 持久化设计

5．4 实验及分析

5．4．1 IO性能测试

5．5 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢