本文關鍵詞：虛擬化環(huán)境中SSD可擴展性的研究與優(yōu)化

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【摘要】：隨著虛擬化軟硬件技術的發(fā)展與成熟，虛擬化技術已經(jīng)被廣泛地應用于云計算等基礎服務設施領域。虛擬化技術的目的是為了實現(xiàn)物理資源的動態(tài)擴展以及按需分配，這需要虛擬化環(huán)境能在虛擬機數(shù)目增加時，仍然保持性能穩(wěn)定，因此可擴展性成為衡量虛擬化技術好壞的重要標準。 存儲設備是重要的物理資源之一，，作為新興的存儲設備的固態(tài)硬盤SSD具有很好的并行處理能力，然而已有的IO虛擬化技術多面向與傳統(tǒng)的機械磁盤，因此如何在虛擬化環(huán)境中發(fā)揮SSD并行處理的特點，獲得較好的可擴展性，成為一個亟待解決的問題。 在本文中，我們首先對虛擬化環(huán)境中SSD可擴展性的性能瓶頸進行了測量。我們發(fā)現(xiàn)了兩個性能瓶頸，一是讀取請求的可擴展性問題，二是隨機讀寫請求的性能問題。 通過對SSD硬件特性的研究，我們分析得出SSD中讀寫請求各自的性能模型，并用這個模型分析了產生這兩個問題的主要原因：一是在虛擬機中，為了便于機械磁盤驅動進行全局優(yōu)化，請求不分類型按照統(tǒng)一的方式發(fā)送；二是在主機中，使用針對機械磁盤而設計的電梯調度方法對請求隊列進行調度。 由此我們設計了針對虛擬化環(huán)境中SSD可擴展性優(yōu)化的方案。優(yōu)化方案按虛擬機與主機分為前端和后端兩部分。在前端中，由于SSD讀取與寫入請求性能的影響因素不同，我們設計了virtio_blk_mq驅動，對讀取和寫入請求區(qū)分對待，提高讀取請求的優(yōu)先級的同時降低了寫入請求發(fā)生寫入放大事件的幾率。在后端中，由于SSD沒有尋道的開銷，因此我們去除了調度方法中電梯調度的部分，根據(jù)SSD本身并行處理的特點，設計了按照平均訪問扇區(qū)數(shù)作為優(yōu)先級的SCFQ調度方法。 最后我們在實驗平臺實現(xiàn)了整體優(yōu)化方法，并進行了評估實驗，實驗驗證了優(yōu)化方法的有效性，并反應了優(yōu)化方案中各部分的實際效果。
【關鍵詞】：可擴展性 固態(tài)硬盤 IO虛擬化
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 圖錄9-10
• 表錄10-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 引言11-13
• 1.2 研究目標13
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 論文結構15-16
• 第二章 背景介紹16-27
• 2.1 虛擬化技術概述16-22
• 2.1.1 虛擬化技術分類16-19
• 2.1.2 硬件輔助虛擬化技術19-21
• 2.1.3 IO 虛擬化21-22
• 2.2 電梯調度22-23
• 2.3 SSD 技術概述23-26
• 2.3.1 內部組成23-24
• 2.3.2 存儲介質24
• 2.3.3 控制器功能24-26
• 2.3.4 硬件特性26
• 2.4 本章小結26-27
• 第三章 SSD 讀寫性能模型與可擴展性瓶頸分析27-37
• 3.1 SSD 讀寫性能模型27-29
• 3.2 實驗平臺虛擬化方案29-31
• 3.2.1 KVM29
• 3.2.2 virtio29-31
• 3.2.3 QEMU31
• 3.3 可擴展性表現(xiàn)31-33
• 3.3.1 讀請求的性能32
• 3.3.2 寫請求的性能32-33
• 3.4 可擴展性瓶頸分析33-35
• 3.5 本章小結35-37
• 第四章 SSD 可擴展性優(yōu)化思路與設計37-44
• 4.1 整體優(yōu)化思路37
• 4.2 前端優(yōu)化——virtio_blk_mq37-39
• 4.3 后端優(yōu)化——SCFQ 調度39-41
• 4.4 整體優(yōu)化結構41-43
• 4.5 本章小結43-44
• 第五章 SSD 可擴展性優(yōu)化方法實現(xiàn)44-51
• 5.1 前端優(yōu)化實現(xiàn)44-47
• 5.1.1 數(shù)據(jù)結構44-45
• 5.1.2 函數(shù)功能45-46
• 5.1.3 請求處理流程46-47
• 5.2 后端優(yōu)化實現(xiàn)47-49
• 5.2.1 虛擬機與 SCFQ 隊列的對應關系47
• 5.2.2 數(shù)據(jù)結構47-48
• 5.2.3 函數(shù)功能48-49
• 5.3 本章小結49-51
• 第六章 優(yōu)化評估及分析51-62
• 6.1 實驗環(huán)境介紹51-52
• 6.2 讀取可擴展性優(yōu)化結果52-54
• 6.3 寫入性能優(yōu)化結果54-55
• 6.4 virtio_blk_mq 對可擴展性的優(yōu)化效果55-57
• 6.5 SCFQ 對可擴展性的優(yōu)化效果57-59
• 6.6 優(yōu)化方法作用評估59-60
• 6.7 本章小結60-62
• 第七章 總結與展望62-64
• 參考文獻64-67
• 致謝67-69
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文69-71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉朝斌;謝長生;張琨;;存儲網(wǎng)絡虛擬化關鍵技術的研究與實現(xiàn)[J];計算機科學;2004年05期

2 汪小林;賴榮鳳;王振林;羅英偉;李曉明;;基于SSD高速緩存的桌面虛擬機交互性能優(yōu)化方法[J];計算機應用與軟件;2011年11期

本文編號：999068