本文關(guān)鍵詞：KVM客戶機主動共享的內(nèi)存超量使用策略研究

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【摘要】：隨著云計算產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，云服務(wù)器集群中的計算資源的管理已成為人們關(guān)注的重點。相比于傳統(tǒng)的服務(wù)器集群，云計算通過虛擬化等技術(shù)改進服務(wù)器的軟硬件資源的管理和分配的方式，提高了硬件資源的整體利用率和服務(wù)的可靠性。然而，虛擬化技術(shù)在應(yīng)用于服務(wù)器資源管理的過程中也遇到了一些挑戰(zhàn)，其中的挑戰(zhàn)之一就是虛擬機內(nèi)存資源分配的合理性。合理高效的虛擬機內(nèi)存資源分配管理是保障云計算環(huán)境整體效率的關(guān)鍵之一。內(nèi)存作為計算和存儲的中間環(huán)節(jié)在虛擬化平臺中顯得尤為重要，進一步優(yōu)化虛擬機內(nèi)存管理將是提高虛擬化平臺整體資源利用率的關(guān)鍵。 然而，由于現(xiàn)有的KVM(Kernel-based Virtual Machine)虛擬化平臺中內(nèi)存管理的方式無法在物理機上分辨客戶機內(nèi)部內(nèi)存頁面的具體狀態(tài)，客戶機內(nèi)存頁面僅以被訪問的頻率和內(nèi)容上的重復(fù)性的形式被物理機所感知，可能出現(xiàn)一些不合理的情況，各種現(xiàn)有的內(nèi)存超量使用策略也都存在一定的局限性或缺陷。 本文提出了新的超量使用內(nèi)存策略，即以修改客戶機系統(tǒng)內(nèi)核的方式使客戶機主動提出與物理機共享其中未使用部分內(nèi)存，，以修改物理機上KVM模塊的方式回收客戶機愿意共享部分的內(nèi)存，從而排除此部分客戶機內(nèi)存對物理機內(nèi)存調(diào)度算法的干擾。 本策略可充分利用現(xiàn)有KVM平臺的各種策略模擬操作系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)的內(nèi)存管理特點，保留物理機操作系統(tǒng)的頁面交換策略，讓其感知客戶機操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問頻率；以KSM策略合并客戶機中重復(fù)頁面的方式模擬操作系統(tǒng)級虛擬化中的加載程序或文件的去重特點；以本設(shè)計回收客戶機中未使用內(nèi)存的方式模擬操作系統(tǒng)級虛擬化中客戶機程序?qū)⑽词褂脙?nèi)存釋放回物理機操作系統(tǒng)內(nèi)核內(nèi)存管理單元；以本設(shè)計關(guān)于客戶機操作系統(tǒng)內(nèi)核物理內(nèi)存頁塊優(yōu)先級的處理模擬操作系統(tǒng)級虛擬化中統(tǒng)一的伙伴頁塊鏈表管理。 在與其他現(xiàn)有的內(nèi)存超量使用策略對比時，本文提出了基于微觀內(nèi)存頁面行為的模型，隨后展開介紹了兩種不同的設(shè)計方案和內(nèi)存外部碎片對本設(shè)計的影響，最后通過KVM虛擬化平臺下模擬內(nèi)存占用的實驗論證了本設(shè)計可取得良好的效果。宏觀測試實驗部分從系統(tǒng)整體的角度對比了開啟與未開啟IMR策略的情況下，客戶機啟動與動態(tài)內(nèi)存使用場景下物理機內(nèi)存使用，以及物理機交換區(qū)空間使用狀態(tài)方面的差別。 本設(shè)計主要適用于匿名內(nèi)存使用量波動較大的計算環(huán)境，文中選擇了幾個主流開源軟件進行匿名內(nèi)存用量的測試，驗證了本設(shè)計的基礎(chǔ)；在基于微觀頁面行為的測試中對比了頁面交換和KSM策略，本策略在處理客戶機空閑物理內(nèi)存塊的速度上至少提高了三個數(shù)量級。
【關(guān)鍵詞】：KVM 虛擬機 內(nèi)存 超量使用 回收 主動共享
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 系統(tǒng)虛擬化簡介12-14
• 1.3 虛擬化技術(shù)分類14-16
• 1.3.1 硬件仿真虛擬化14-15
• 1.3.2 完全虛擬化15
• 1.3.3 半虛擬化15
• 1.3.4 硬件輔助虛擬化15-16
• 1.3.5 操作系統(tǒng)級虛擬化16
• 1.4 KVM 虛擬化平臺簡介16-20
• 1.4.1 CPU 管理17
• 1.4.2 內(nèi)存管理17-19
• 1.4.3 設(shè)備 I/O 管理19-20
• 1.5 虛擬機內(nèi)存研究現(xiàn)狀20-23
• 1.5.1 KVM 內(nèi)存管理現(xiàn)狀21-22
• 1.5.2 其他虛擬化平臺內(nèi)存管理現(xiàn)狀22
• 1.5.3 虛擬化技術(shù)發(fā)展趨勢22-23
• 1.6 論文結(jié)構(gòu)23-24
• 第二章 KVM 客戶機主動共享的虛擬機內(nèi)存管理24-34
• 2.1 研究內(nèi)容24-27
• 2.1.1 改進半虛擬化環(huán)境25-26
• 2.1.2 改變操作系統(tǒng)級虛擬化環(huán)境26-27
• 2.2 各虛擬化平臺內(nèi)存管理策略分析27-29
• 2.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計29-31
• 2.3.1 KVM 虛擬機內(nèi)存回收原理29-30
• 2.3.2 回收 KVM 客戶機主動共享內(nèi)存的設(shè)計框架30-31
• 2.4 對比 KVM 其他內(nèi)存超量使用策略及建模31-33
• 2.4.1 與頁面交換策略的比較31-32
• 2.4.2 與 KSM 策略的比較32-33
• 2.4.3 與內(nèi)存膨脹策略的比較33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 客戶機空閑內(nèi)存頁面標(biāo)記與回收34-42
• 3.1 修改客戶機操作系統(tǒng)的方式34-37
• 3.1.1 平鋪記錄法34-35
• 3.1.2 鏈表記錄法35
• 3.1.3 客戶機信息記錄方式對比分析35-37
• 3.1.4 空閑內(nèi)存頁塊釋放優(yōu)先級及其影響37
• 3.2 具體實現(xiàn)與算法描述37-40
• 3.2.1 修改客戶機操作系統(tǒng)內(nèi)核37-38
• 3.2.2 修改物理機 KVM 內(nèi)核模塊38-39
• 3.2.3 相關(guān)算法描述39-40
• 3.3 內(nèi)存碎片的影響40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 性能測試與分析42-51
• 4.1 實驗環(huán)境42
• 4.2 實驗結(jié)果及分析42-49
• 4.2.1 各應(yīng)用程序匿名內(nèi)存用量分析43-44
• 4.2.2 對比非超量使用內(nèi)存環(huán)境44-45
• 4.2.3 對比頁面交換策略45-46
• 4.2.4 對比 KSM 策略46-47
• 4.2.5 IMR 策略微觀測試47-48
• 4.2.6 IMR 策略宏觀測試48-49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第五章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 工作總結(jié)51-52
• 5.2 研究展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 附錄57-58
• 詳細摘要58-60

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張彬彬;汪小林;楊亮;賴榮鳳;王振林;羅英偉;李曉明;;修改客戶操作系統(tǒng)優(yōu)化KVM虛擬機的I/O性能[J];計算機學(xué)報;2010年12期

2 陳昊罡;汪小林;王振林;張彬彬;羅英偉;李曉明;;DMM:虛擬機的動態(tài)內(nèi)存映射模型[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2010年12期

本文編號：873833