發(fā)布時(shí)間：2017-09-05 03:46

  本文關(guān)鍵詞：Xen網(wǎng)絡(luò)帶寬分配優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： Xen 帶寬分配 虛擬化

【摘要】：利用虛擬化技術(shù),可以在一臺(tái)物理服務(wù)器上模擬出若干個(gè)虛擬服務(wù)器。這些虛擬機(jī)之間通過(guò)資源共享,提升了物理資源的利用率。也因此,如何合理地在虛擬機(jī)之間管理和分配硬件資源成為了虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)帶寬是一種非常重要的物理資源,如果不能妥善地在虛擬機(jī)之間分配帶寬,就會(huì)對(duì)服務(wù)集群的性能造成很大影響。本文研究了開(kāi)源虛擬化系統(tǒng)Xen的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配策略,發(fā)現(xiàn)它采用了一種基于配置文件的靜態(tài)分配方法。這種分配策略限制了虛擬機(jī)的帶寬使用率,從而也會(huì)對(duì)虛擬機(jī)的性能產(chǎn)生影響。為了克服Xen的缺陷,我們重新實(shí)現(xiàn)了Xen的網(wǎng)絡(luò)帶寬分配算法,引入了動(dòng)態(tài)分配算法和優(yōu)先級(jí)調(diào)度。其中,動(dòng)態(tài)分配算法利用“公共賬戶(hù)”機(jī)制,允許帶寬充足的虛擬機(jī)將多余的帶寬存儲(chǔ)到“公共賬戶(hù)”中,帶寬不足的虛擬機(jī)則可以從“公共賬戶(hù)”中借用帶寬。這樣,帶寬資源就可以動(dòng)態(tài)得在虛擬機(jī)之間進(jìn)行再分配,互通有無(wú),實(shí)現(xiàn)更高的帶寬利用率。在算法的實(shí)現(xiàn)中,要考慮到很多問(wèn)題,例如防止頻繁進(jìn)行分配造成性能影響；引入公平性機(jī)制防止虛擬機(jī)一直占用借來(lái)的帶寬導(dǎo)致其他虛擬機(jī)的帶寬不足等等。優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法致力于提高虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度,縮短響應(yīng)時(shí)間。Xen原來(lái)的調(diào)度機(jī)制是采用FIFO隊(duì)列按照入隊(duì)的順序進(jìn)行調(diào)度,這種調(diào)度方式下所有虛擬機(jī)有相同的機(jī)會(huì)得到調(diào)度,體現(xiàn)不出差異。為了進(jìn)一步提升資源利用率,我們對(duì)虛擬機(jī)做了優(yōu)先級(jí)劃分,根據(jù)其帶寬利用的穩(wěn)定性判定其優(yōu)先級(jí),并且引入了類(lèi)似Linux進(jìn)程調(diào)度的多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列,優(yōu)先級(jí)較高的虛擬機(jī)將優(yōu)先得到調(diào)度的機(jī)會(huì)。這使得帶寬的使用更加穩(wěn)定,能夠提高帶寬的利用率,也使得高優(yōu)先級(jí)的虛擬機(jī)獲得更高的響應(yīng)速度。改進(jìn)的算法要起作用,必須修改Xen的源代碼。除了算法的設(shè)計(jì),本文還包括了部分源碼的實(shí)現(xiàn),講解了其中對(duì)Xen的源碼所做的修改。此外,本文還介紹了如何安裝基于Linux LVM的Xen虛擬機(jī),講解了磁盤(pán)分區(qū)和配置文件的設(shè)置,邏輯卷的創(chuàng)建與使用,以及在此基礎(chǔ)上,如何編譯和替換Linux內(nèi)核。通過(guò)改寫(xiě)、編譯和替換Linux內(nèi)核,我們能夠?qū)⒏倪M(jìn)的Xen部署到可運(yùn)行的虛擬機(jī)環(huán)境中,從而檢驗(yàn)新的帶寬分配機(jī)制的有效性和正確性。我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列的實(shí)驗(yàn)從功能正確性、算法有效性、分配公平性和性能開(kāi)銷(xiāo)顯著性四個(gè)方面對(duì)改進(jìn)的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)的內(nèi)核在帶寬利用率上有了30%以上的提升,在響應(yīng)速度方面,高優(yōu)先級(jí)的虛擬機(jī)的響應(yīng)時(shí)間縮短了約20%,對(duì)低優(yōu)先級(jí)的虛擬機(jī)則沒(méi)有顯著影響。此外,算法的公平性也得到了驗(yàn)證,借出帶寬的虛擬機(jī)當(dāng)需要帶寬時(shí)能夠及時(shí)得到補(bǔ)償,不會(huì)陷入饑餓狀態(tài)。最后,通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的CPU、內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)并與源生內(nèi)核的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)新的算法引入的性能開(kāi)銷(xiāo)非常低,幾乎可以忽略不計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：Xen 帶寬分配 虛擬化
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.01
，

本文編號(hào)：795634