《多虛擬機系統HDD-SSD混合磁碟I/O調度及其性能最佳化研究》是依託杭州電子科技大學，由蔣從鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多虛擬機系統HDD-SSD混合磁碟I/O調度及其性能最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔣從鋒
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於資源復用與服務聚合，磁碟I/O系統已成為多虛擬機系統的性能瓶頸。為提高虛擬化系統的磁碟I/O性能，同時兼顧系統成本，目前採用傳統機械式硬碟(HDD)和固態硬碟(SSD)混合系統，其中SSD充當高速快取或作為部分套用的專屬存儲，大容量HDD作為主要存儲設備。由於HDD和SSD在性能、操作方式上的異構性，傳統的面向單一的非虛擬化環境下的SSD或HDD的磁碟調度策略，無法適用於多虛擬機間磁碟I/O高度競爭的HDD-SSD混合磁碟。本課題根據虛擬化環境下HDD-SSD混合磁碟系統調度機理、負載模式及性能約束上的重大變化，研究虛擬機環境下HDD-SSD混合磁碟系統性能模型、性能、服務質量、公平性等指標聯契約束的磁碟I/O調度策略、I/O性能最佳化與能耗最佳化方法。通過進行細粒度的HDD-SSD聯合磁碟I/O調度和性能最佳化，提高多虛擬機系統的磁碟I/O性能和服務質量，同時進一步降低系統能耗。
結題摘要
虛擬化系統中，由於多個虛擬機共享相同的硬體資源，如CPU、磁碟與網卡等，在高並發情況下，硬體資源往往在多個客戶虛擬機之間競爭，而磁碟系統往往會成為多虛擬機系統的性能瓶頸。HDD-SSD混合磁碟系統可以在一定程度上提高虛擬機系統的性能。本課題研究了虛擬機環境下HDD-SSD混合磁碟系統的性能模型及其調度策略、性能最佳化與能耗最佳化方法。通過分析大型數據中心典型負載特徵，提出了回響的調度方法和原型系統。本課題完成的主要工作包括：（1）基於記憶體的虛擬機域間通信最佳化. 在虛擬機域間通信最佳化方面，通過記憶體頁面共享 ，虛擬機間通信頻寬比基於TCP/IP協定棧的通信速度提高2.5倍。（2）細粒度的記憶體頁面合併與執行緒分組。提出的PUMA框架通過最佳化記憶體頁面分配和執行緒組調度，減少系統記憶體競爭和干擾，在不同測試集上的性能提升達到了5.3%-14.1%，同時記憶體的快取缺失率降低了6.8%-14.9%。（3）能效可感知的虛擬機調度。提出了能效比和能效等比性可感知的虛擬機調度框架EASE和算法，在多虛擬機系統上可以節省37.07%–49.98%的功耗，在同構虛擬化集群上計算密集型任務的執行時間僅增加0.31%–8.49%。在異構集群上計算密集型虛擬機的功耗可以降低44.22%.，同時任務完成時間節省53.80%。實驗結果表明，本課題提出的虛擬機調度與性能最佳化方法，提高了虛擬機系統的性能和服務質量，降低了系統能耗，能夠適用於大規模虛擬化數據中心。 目前，國內各個部門、各級政府以及大量的IT企業正在規劃或建設大量的大規模虛擬化數據中心，然而，能效與性能問題已經成為大規模IDC系統亟待解決的首要關鍵問題，功耗/能耗的降低對於降低系統運行成本，提高系統可靠性具有重要意義，也是綠色計算主要要解決的問題。本課題的相關研究探索和成果，可以為相關研究和工程實現提供一定的參考。
