多核虛擬化的性能分析和改進(jìn).pdf

1、多核,即在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎,已經(jīng)成為服務(wù)器技術(shù)的重要技術(shù)支點。未來多核處理器的發(fā)展趨勢是多核的異構(gòu)性,其中動態(tài)異構(gòu)將對未來的操作系統(tǒng)提出更大的挑戰(zhàn)。間歇性故障(Intermittent fault)是硬件領(lǐng)域一個普遍的現(xiàn)象,也是典型的動態(tài)異構(gòu)場景。間歇性故障指的是硬件在一段時間內(nèi)突發(fā)的故障,通常由電壓、溫度等因素的波動而引起。由于引起間歇性故障的因素非常多,所以突發(fā)故障持續(xù)的時間也是可短可長的。虛擬化技術(shù)是一個和

2、多核處理器密切相關(guān)的概念,其基本思路就是單一的物理資源可以形成多個虛擬資源被操作。有了多核處理器,虛擬化的實現(xiàn)變得更為簡單。近年來,Xen已經(jīng)成為最熱門的虛擬化技術(shù)之一。Xen是一個在IA-32 (x86, x86-64), IA-64及PowerPC 970等架構(gòu)基礎(chǔ)上的虛擬機監(jiān)視器。Xen允許多個操作系統(tǒng)以安全和資源可管理的風(fēng)格來共享普通的硬件,與此同時并不犧牲性能和功能。多任務(wù)是Xen的核心特點之一,Xen的Hypervisor(

3、管理程序)介于硬件層和Xen的客戶操作系統(tǒng)(Guest OS)之間,它必須保證每個正在運行的虛擬機獲得一定的CPU時間。與操作系統(tǒng)的調(diào)度類似,Xen的調(diào)度是在公平的運行每個domain(虛擬運行環(huán)境)和達(dá)到較好的總體吞吐量之間的權(quán)衡。在動態(tài)異構(gòu)多核處理器中,操作系統(tǒng)的調(diào)度會對性能和電源效率產(chǎn)生重大影響。同樣的,不考慮多核動態(tài)異構(gòu)性的CPU調(diào)度算法很可能會降低虛擬機的性能和可靠性。CPU間歇性故障會對多核處理器的性能和安全造成影響,因此也

4、會對Xen的調(diào)度性能產(chǎn)生影響。我們在Hypervisor中建立了一個模擬CPU間歇性故障的時間模型,該模型下,未經(jīng)修改的Xen系統(tǒng)中的虛擬機會立刻崩潰。我們分析了Xen中默認(rèn)使用的也是最常用的CPU調(diào)度算法：Credit調(diào)度算法,發(fā)現(xiàn)該算法并未采集CPU上下線狀態(tài)的變化情況。如果一個CPU突然下線,在該CPU上執(zhí)行和等待的線程(在Xen中,這種線程指的是VCPU)就會終止。Xen的每一個domain關(guān)聯(lián)一個或多個VCPU。在CPU該再次

5、上線之前,關(guān)聯(lián)離線CPU上VCPU的domain就會無法正常工作,因此導(dǎo)致該domain對應(yīng)虛擬機的系統(tǒng)崩潰。本文針對Xen調(diào)度算法存在的問題,提出了應(yīng)對CPU間歇性故障的自適應(yīng)策略。在調(diào)度器中,我們周期性的跟蹤CPU的狀態(tài)變化,一旦某個CPU從在線狀態(tài)變?yōu)殡x線狀態(tài),我們就把發(fā)生故障的CPU上的負(fù)載轉(zhuǎn)移到其他的CPU上。實驗表明,當(dāng)間歇性故障頻繁發(fā)生時,應(yīng)用了自適應(yīng)策略的Xen系統(tǒng)將能繼續(xù)正常的運轉(zhuǎn),并且性能平滑的下降；與此同時,跟蹤的