面向负载均衡的VNUMA虚拟机创建方法与调度策略研究

摘要

虚拟化技术是支撑当代互联网服务的一门重要技术。随着计算机硬件的发展，NUMA（非统一内存访问体系结构，Non Uniform Memory Access）服务器被广泛采用，早期的虚拟化技术不能很好的适应这种体系结构。本文围绕这一问题提出了一套提升虚拟化技术在NUMA体系结构运行性能的解决方案。
　　本文针对现有虚拟化环境下，虚拟机中运行的操作系统因无法意识到其实际运行在NUMA体系结构的硬件上而引起的性能下降问题，提出了一套VNUMA(Virtual Non Uniform Memory Access，虚拟非统一内存访问)虚拟机的创建方法和调度策略。其主要包括VNUMA虚拟机的基于节点绑定的创建机制，基于当前内存负载的初始放置算法，基于处理器负载和内存负载的调度算法以及不破坏虚拟机VNUMA结构的调度迁移机制。本文将包含上述功能的VNUMA-CS系统实现在开源虚拟化系统KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机）中。
　　本文亦对VNUMA虚拟机的创建与调度系统进行了性能测试，测试表明在57.8％的场景中，本文所述系统比业界VNUMA优化算法有着5％以上的测试程序运行时间降幅，在22.5％的场景中有5％以下的运行时间优化，仅在12.5％的场景中性能轻微逊于业界。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 NUMA体系结构下虚拟化系统面临的问题

1．1．2 VNUMA虚拟化技术研究的意义

1．2 本文的主要工作和创新点

1．3 本文组织结构

1．4 本章小结

第2章 VNUMA虚拟化关键技术研究

2．1 虚拟化技术概述

2．1．1 软件辅助的完全虚拟化

2．1．2 硬件辅助的完全虚拟化

2．1．3 半虚拟化

2．2 NUMA体系结构

2．2．1 NUMA体系结构概述

2．2．2 操作系统对NUMA体系结构的感知

2．2．3 NUMA体系结构调度

2．3 NUMA体系结构下虚拟化研究

2．3．1 NUMA体系结构虚拟化的调度策略研究

2．3．2 NUMA体系结构虚拟化的迁移机制研究

2．4 本章小结

第3章 VNUMA虚拟机创建方法

3．1 虚拟机创建子系统的设计

3．1．1 虚拟机创建子系统实施环境

3．1．2 虚拟机创建子系统架构设计

3．2 虚拟机创建子系统的实现

3．2．1 创建虚拟机接口约定

3．2．2 基于节点绑定的VNUMA虚拟机创建机制

3．2．3 基于内存负载的初始放置算法

3．3 虚拟机创建子系统的功能测试

3．3．1 测试环境配置

3．3．2 功能测试方法

3．3．3 测试结果分析

3．4 本章小结

第4章 VNUMA虚拟机调度策略及实现

4．1 虚拟机调度子系统的设计

4．1．1 虚拟机调度子系统实施环境

4．1．2 虚拟机调度子系统架构设计

4．2 VNUMA虚拟机调度的策略与算法

4．2．1 负载量和负载均衡度的衡量方法

4．2．2 基于负载均衡度的调度决策算法

4．2．3 保持虚拟机VNUVA拓扑结构调度迁移机制

4．3 虚拟机调度子系统的功能测试

4．3．1 实验环境配置

4．3．2 实验测试方法

4．3．3 实验结果分析

4．4 本章小结

第5章 VNUMA-CS系统的性能测试

5．1 实验环境配置

5．2 实验测试程序及实验方法

5．2．1 实验测试程序介绍

5．2．2 实验测试方法

5．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

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