虛擬化平臺(tái)宿主換頁內(nèi)存管理機(jī)制的關(guān)鍵技術(shù)研究與性能調(diào)優(yōu).pdf

1、虛擬化技術(shù)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域和工業(yè)界得到廣泛關(guān)注，憑借其對(duì)硬件資源利用率提高，附加維護(hù)成本降低等優(yōu)勢(shì)，虛擬化技術(shù)的相關(guān)研究和發(fā)展已經(jīng)如火如荼。尤其在近年來云計(jì)算概念的提出為虛擬化技術(shù)的發(fā)展提供了更大動(dòng)力支撐。學(xué)術(shù)界對(duì)于虛擬化技術(shù)的研究主要集中于新型設(shè)備虛擬化與效率，而對(duì)虛擬化平臺(tái)的內(nèi)存管理模型相對(duì)較少；而近年來出現(xiàn)的MMU Notifier機(jī)制則為內(nèi)存虛擬化方面的研究打開一個(gè)新研究點(diǎn)，本文則對(duì)KVM虛擬化平臺(tái)基于MMUNotifier

2、機(jī)制所新產(chǎn)生的宿主換頁機(jī)制進(jìn)行了深入研究。歷時(shí)近十八個(gè)月的研究工作中，本文圍繞課題所開展的工作包括了從大量的環(huán)境配置，性能測(cè)試分析入手；并利用自主設(shè)計(jì)的內(nèi)核采樣工具進(jìn)行系統(tǒng)采樣，幫助分析和發(fā)現(xiàn)宿主換頁機(jī)制的缺陷和性能瓶頸；最后分別針對(duì)相應(yīng)的問題實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的解決方案。
　　 就本文作者的知識(shí)范圍所限，本文為第一個(gè)對(duì)宿主換頁機(jī)制進(jìn)行深入分析研究并提出和實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)問題的解決方案的文章。本文的主要的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在如下三個(gè)方面：

3、>　　 首先，本文針對(duì)Hypervisor與客戶操作系統(tǒng)之間頁面信息不對(duì)稱問題，提出并實(shí)現(xiàn)了多種頁面信息同步機(jī)制，具體包括了直接鎖定內(nèi)存的Pin—Memory機(jī)制，利用Guest頁表的G—bit機(jī)制，PV—LRU以及動(dòng)態(tài)跟蹤機(jī)制，對(duì)于不同的測(cè)試和應(yīng)用，各種方案表現(xiàn)出了不同的優(yōu)勢(shì)。
　　 其次，針對(duì)磁盤交換分區(qū)中空間局部性降低的問題，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)預(yù)讀取機(jī)制，幫助宿主換頁機(jī)制自適應(yīng)地改變每次調(diào)頁時(shí)的頁面預(yù)讀取數(shù)，在保證磁盤

4、交換緩存命中的前提下充分減少磁盤IO訪問次數(shù)，提高系統(tǒng)效率。
　　 最后，本文關(guān)注了宿主換頁機(jī)制所引起的雙重調(diào)頁問題并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)PV—Notifier機(jī)制。通過在Guest與Hypervisor之間建立共享內(nèi)存，并由Hypervisor在宿主換頁過程中通過共享內(nèi)存發(fā)出通知，Guest根據(jù)通知對(duì)相應(yīng)頁面進(jìn)行內(nèi)存鎖定和解鎖處理，避免了Guest的頁面回收進(jìn)程對(duì)以換出的頁面再次換頁，從而避免了雙重調(diào)頁問題，使得系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性大幅提升