《分散式虛擬機監控器時鐘系統性能最佳化方法研究》是依託北京航空航天大學，由祝明發擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分散式虛擬機監控器時鐘系統性能最佳化方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：祝明發
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分散式虛擬機監控器（DVMM）的時鐘系統是DVMM穩定運行的首要前提，現有的相關研究工作主要從時鐘源、定時和同步方法等方面來開展。針對DVMM環境下的時鐘系統較之單宿主機虛擬化環境面臨著更嚴峻的定時和同步等挑戰，但現有研究在中斷改進和時鐘同步等方面存在不足的問題，以及時鐘中斷是DVMM中時鐘系統的性能瓶頸的現狀，從時鐘中斷最佳化理論入手，基於時鐘中斷在DVMM時鐘系統中的生命周期，以提高定時和同步精度為目標，研究一種基於時鐘中斷改進的DVMM時鐘系統性能最佳化新方法（首先建立DVMM的時鐘數據結構，然後最佳化虛擬時鐘中斷注入方法，最後建立跨宿主機的虛擬處理器同步算法，再建立原型系統驗證）。本項目從時鐘中斷最佳化理論入手，理論與實踐互相促進，以實踐為目標，對DVMM的服務效率、系統穩定性和可擴展性等都具有重要的研究和工業實踐意義。
結題摘要
時鐘系統是分散式虛擬機監控器(DVMM)的關鍵組成部分，直接影響DVMM整體性能。目前DVMM時鐘系統面臨如下問題：虛擬處理器有效利用率不高，大量處理器時間消耗於處理時鐘中斷；客戶作業系統核心中與時鐘相關的數據結構被頻繁爭用，進一步降低了系統性能；分散式環境下的虛擬時鐘設備之間同步延遲較大，導致整體時鐘計時精度較低。針對以上問題，課題對時鐘系統性能進行了最佳化，提高了DVMM系統的性能，使其更好地發揮在資源整合利用方面的優勢。本課題分別從DVMM時鐘數據結構爭用、虛擬時鐘中斷注入方法、和時鐘同步方法等方面分析了時鐘系統中的性能瓶頸，研究了相應的最佳化方法，提高了DVMM時鐘性能，並實現了一套原型系統。研究內容和成果如下：(1)研究了一種新型DVMM時鐘數據結構。分散式虛擬處理器的時鐘中斷處理函式在操作共享的時鐘數據結構時，會使得該結構所在的記憶體頁面在不同的物理機器之間遷移頻繁，導致系統效率大大降低。針對此問題，我們分析了爭用頻率最高的部分函式和其爭用頻率，以及不同時鐘中斷頻率下系統的性能指標，在此基礎上提出了新的DVMM時鐘數據結構，通過減少自旋鎖的爭用並將自旋鎖函式編譯在不同頁面中，同時選擇最優的時鐘中斷頻率，從而提高了DVMM時鐘系統的性能。(2)研究了虛擬時鐘中斷注入最佳化新方法。課題分析DVMM這種特殊套用環境下的時鐘中斷特徵，針對DVMM環境下時鐘中斷頻率過高從而造成較大系統開銷的問題，提出改進虛擬時鐘中斷流程，通過循環等待、放棄中斷補償、降低中斷頻率等方式最佳化中斷流程，提高了DVMM時鐘系統性能。(3)研究了基於處理器間中斷的時鐘同步新方法。分散式虛擬機監控器由於分散式的特點，其時鐘同步需要跨處理器間時鐘中斷的支持，以及跨處理器時鐘中斷基礎上的高效時鐘同步算法。針對該問題，我們設計了跨處理器的時鐘中斷模擬方法，藉助硬體輔助虛擬化技術擴展了處理器間中斷，並實現了啟動時和運行時的同步算法，提高了DVMM的時鐘系統性能。(4)實現了一套原型系統。本課題基於開源虛擬機監控器Xen，在實現了DVMM原型系統的基礎上最佳化了其中的時鐘系統。通過本課題我們取得的成果包括：DVMM時鐘原型系統一套，SCI論文5篇，EI論文14篇，專利7篇(已轉讓華為公司)。培養了多名研究生，其中博士生4人，碩士生12人。
