《虛擬計算環境下磁碟資源管理機制的研究》是依託華中科技大學，由謝夏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：虛擬計算環境下磁碟資源管理機制的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：謝夏
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
計算系統虛擬化技術是十大IT 關鍵技術之一，我國已將虛擬計算系統定位於面向國家重大戰略需求的基礎研究。當前虛擬計算環境下，由於虛擬化技術將計算資源抽象分離，造成磁碟協定棧的複雜和信息感知的障礙，使得現有磁碟IO調度算法效率急速降低；另外，同一物理資源集上同時運行多個虛擬機導致虛擬機間相互影響，急需磁碟頻寬控制保證磁碟服務質量。針對這些問題，本項目將在虛擬計算環境下，為用戶設計一套高效率的磁碟IO調度算法和磁碟頻寬控制機制。首先，通過時序分析提取虛擬計算系統磁碟負載的特點，並使用Black-box和預測行為方式為虛擬計算系統的磁碟協定棧建模；然後，利用多點感知的方式為磁碟IO調度算法建立磁碟請求的統一視圖並通過磁碟協定棧模型最佳化磁碟IO調度算法；接著，通過多佇列方式實現磁碟頻寬控制，並使用反饋機制協調磁碟IO調度算法和磁碟頻寬控制機制；最後，最佳化CPU調度算法，在CPU層次上提高虛擬機性能。
結題摘要
當前虛擬計算環境下，由於虛擬化技術將計算資源抽象分離，造成磁碟協定棧的複雜和信息感知的障礙，使得現有IO調度算法效率急速降低。另外，同一物理資源集上同時運行多個虛擬機導致虛擬機間相互影響，需要磁碟頻寬控制保證磁碟服務質量。針對這些問題，本項目首先研究定義了虛擬計算系統中的CPU開銷指標，並在Xen上設計開發了一個虛擬計算系統，基於Xentrace和Xenrelay引擎，能夠準確的獲取各個DomU、Dom0的CPU使用情況，以及測量周期內Xen Hypervisor的CPU開銷，對其進行測量和分析，提出了如何在利用率和有效資源間進行調配和權衡；同時，本項目研究分析了虛擬磁碟性能的隔離性，提出了一種動態的磁碟頻寬分配機制，在Xen前後端設備驅動模型的後端驅動中採用改進的令牌桶算法，實現了對虛擬機頻寬的細粒度分配和控制；另外，為了緩解虛擬化環境下I/O競爭，本項目也提出了一個VMM層的兩層磁碟調度框架（flubber），該調度框架分別通過頻寬控制和延時控制，從而在保證磁碟I/O效率的同時又保證虛擬機的I/O延時和吞吐量需求。最後，針對Xen半虛擬化計算環境下的語義隔閡，本項目在Dom0中實現了可感知虛擬機內部進程的預測調度算法，實驗證明了在VMM層的進程感知提升了系統總體的磁碟讀速度。
