【摘要】：由于能夠有效地提高計算機資源的利用率，以及應用上的靈活性、安全性和可擴展性，虛擬化技術逐漸成為計算機技術研究和應用方面的熱門領域。隨著虛擬化技術的發(fā)展，主流的硬件廠商Intel和AMD公司提出了新的支持虛擬化技術的硬件架構(gòu)，使虛擬化技術有了巨大的飛躍。在硬件支持下的虛擬化技術，進一步提高了虛擬化環(huán)境下虛擬機的整體性能，并且由于這項技術具有顯著的優(yōu)越性，因此在Linux操作系統(tǒng)中也得到了支持和應用。本文的研究對象是支持硬件輔助虛擬化技術的KVM虛擬化方案，從Linux2.6.20版本開始，該方案已經(jīng)被集成到Linux內(nèi)核中。 Intel VT技術是Intel平臺上硬件輔助虛擬化技術的總稱，該項技術提供了包含CPU、內(nèi)存、I/O設備等各方面虛擬化支持的一整套虛擬化方案。本文在分析傳統(tǒng)的CPU虛擬化技術的基礎上，重點對Intel VT技術下的CPU虛擬化技術——VT-x的機制和原理進行了深入的研究。詳細地分析了VT-x技術下VMX根操作模式和非根操作模式的特點，以及虛擬化技術在兩種模式下的應用。 在對VT-x技術研究的基礎上，本文根據(jù)KVM虛擬化方案的兩大特點—Linux模塊化和QEMU設備化，深入研究和分析了KVM虛擬機的虛擬CPU的實現(xiàn)機制和運行流程，以及QEMU模擬器通過ioctl功能進入/退出虛擬機機制，設計并驗證了一套異常捕捉方法的方案，為進一步提高虛擬機的整體性能提供了一條有效途徑。 根據(jù)KVM虛擬化方案特點，本文繼續(xù)深入研究和分析了KVM虛擬機的進程模型，并設計和實現(xiàn)了一套KVM虛擬機處理器調(diào)度優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案主要包括三個部分：調(diào)度策略、運行優(yōu)先級和客戶機操作系統(tǒng)的隔離。進而實現(xiàn)KVM虛擬機的個性化，即不同的虛擬機可以擁有不同的優(yōu)先級和調(diào)度策略，以及運行在不同的CPU上，并在整個運行期間不發(fā)生遷移。通過使KVM虛擬機對CPU擁有更高的優(yōu)先權，以及減少KVM虛擬機運行期間在CPU之間的切換開銷，實現(xiàn)提高KVM虛擬機性能的目標。 本文通過KVM虛擬機異常捕捉實驗，實現(xiàn)了對KVM方案下客戶機異常的分類處理，從而驗證了KVM虛擬機異常捕捉方案的可行性。通過虛擬機調(diào)度策略實驗，客戶機綁定實驗，以及UnixBench的綜合測試，證實了本文研究的調(diào)度優(yōu)化方案使虛擬機的性能有了一定的提高。因此，，該方案的實現(xiàn)不僅可以滿足用戶對虛擬機的功能需求，還能進一步提高虛擬機的整體性能，具有一定的實用價值。
[Abstract]:Because it can effectively improve the utilization of computer resources, as well as the flexibility, security and scalability of applications, virtualization technology has gradually become a hot area in the research and application of computer technology. With the development of virtualization technology, Intel and AMD, the mainstream hardware manufacturers, have proposed a new hardware architecture to support virtualization technology, which has made a great leap forward in virtualization technology. The virtualization technology supported by hardware further improves the overall performance of virtual machine in virtualized environment, and because this technology has obvious advantages, it is also supported and applied in Linux operating system. The research object of this paper is the KVM virtualization scheme which supports the hardware assisted virtualization technology. Since the Linux2.6.20 version, the scheme has been integrated into the Linux kernel. Intel VT technology is the general name of hardware aided virtualization technology on Intel platform. This technology provides a complete set of virtualization schemes including CPU, memory, I / O devices and other aspects of virtualization support. Based on the analysis of traditional CPU virtualization technology, this paper focuses on the mechanism and principle of CPU virtualization technology (VT-x) under Intel VT technology. The characteristics of VMX root operation mode and non-root operation mode under VT-x technology and the application of virtualization technology in these two modes are analyzed in detail. Based on the research of VT-x technology, according to the two characteristics of KVM virtualization scheme, Linux modularization and QEMU instrumentation, this paper deeply studies and analyzes the implementation mechanism and running flow of virtual CPU of KVM virtual machine. And the QEMU simulator designs and verifies a set of exception capture scheme through ioctl function entry / exit mechanism, which provides an effective way to further improve the overall performance of virtual machine. According to the characteristics of KVM virtualization scheme, this paper further studies and analyzes the process model of KVM virtual machine, and designs and implements a set of KVM virtual machine processor scheduling optimization scheme. The optimization scheme consists of three parts: scheduling policy, running priority and isolation of client operating system. Then the KVM virtual machine can be personalized, that is, different virtual machines can have different priorities and scheduling policies, run on different CPU, and do not migrate during the whole running period. By making the KVM virtual machine have higher priority to CPU and reducing the overhead of switching between CPU during the running of KVM virtual machine, we can achieve the goal of improving the performance of KVM virtual machine. In this paper, through the KVM virtual machine exception capture experiment, we realize the classification of the client exceptions under the KVM scheme, and verify the feasibility of the KVM virtual machine exception capture scheme. Through the experiment of virtual machine scheduling strategy, client binding experiment, and the comprehensive test of UnixBench, it is proved that the scheduling optimization scheme in this paper has improved the performance of virtual machine to a certain extent. Therefore, the implementation of the scheme can not only meet the functional needs of the virtual machine, but also further improve the overall performance of the virtual machine, which has a certain practical value.
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP302

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本文編號：2419229