虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫性能優(yōu)化研究.pdf

1、系統(tǒng)虛擬化技術(shù)解耦了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的粘合度,使得多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的操作系統(tǒng)例程(虛擬機(jī))可以部署在單個(gè)的物理平臺(tái)上以共享底層的硬件資源,從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合而達(dá)到提高硬件利用率的效果。除此之外,系統(tǒng)虛擬化技術(shù)還可以為操作系統(tǒng)在同構(gòu)、甚至異構(gòu)物理平臺(tái)之間的實(shí)時(shí)遷移,用戶計(jì)算環(huán)境的快速部署、以及惡意軟件的安全隔離等需求上帶來(lái)有效可靠的技術(shù)解決方案,降低了組織機(jī)構(gòu)或個(gè)人在計(jì)算機(jī)硬件和相關(guān)管理上的投資成本。
　　盡管如此,相比較傳統(tǒng)

2、的操作系統(tǒng)環(huán)境,虛擬化技術(shù)亦給底層的存儲(chǔ)設(shè)備的寫入方向帶來(lái)了性能挑戰(zhàn)。這是因?yàn)?第一,由于虛擬機(jī)管理器的引入,使得虛擬機(jī)內(nèi)部的寫請(qǐng)求需要經(jīng)歷更長(zhǎng)的I/O路徑,增加了額外的CPU開(kāi)銷;第二,虛擬機(jī)管理器的引入亦使得虛擬機(jī)內(nèi)部的相關(guān)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序很難獲取準(zhǔn)確的存儲(chǔ)設(shè)備相關(guān)信息,失去了寫操作性能進(jìn)一步調(diào)優(yōu)的機(jī)會(huì);第三,由于服務(wù)器整合,使得共享存儲(chǔ)設(shè)備需要面對(duì)和處理成倍增加的并發(fā)寫請(qǐng)求數(shù)目,進(jìn)一步加劇了其性能瓶頸。目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)的虛擬化存儲(chǔ)性

3、能優(yōu)化工作偏重于讀取方面,而對(duì)于寫入方面則存在一定程度上的關(guān)注缺失。因此有必要對(duì)虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的性能進(jìn)行研究和優(yōu)化。
　　虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的新模型,可以對(duì)虛擬機(jī)內(nèi)部的文件級(jí)寫操作進(jìn)行同步處理,再對(duì)虛擬機(jī)管理器的塊級(jí)寫操作進(jìn)行異步處理。其中,虛擬機(jī)內(nèi)部的同步處理意味著寫請(qǐng)求可以繞過(guò)文件系統(tǒng)的復(fù)雜異步處理邏輯,縮短其從虛擬機(jī)層次到虛擬機(jī)管理器層次之間所需要經(jīng)歷的I/O路徑,而異步處理指的是在塊級(jí)的寫請(qǐng)求到達(dá)存儲(chǔ)硬件之前,根據(jù)

4、底層具體的存儲(chǔ)特性,在虛擬機(jī)管理器層次進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化,以減輕共享存儲(chǔ)由于并發(fā)I/O數(shù)目激增而產(chǎn)生的處理壓力。
　　基于域間通信技術(shù)的虛擬機(jī)存儲(chǔ)協(xié)議棧優(yōu)化機(jī)制,進(jìn)一步優(yōu)化了虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的性能。通過(guò)利用虛擬機(jī)系統(tǒng)提供的域間通信接口,進(jìn)一步減小寫操作從虛擬機(jī)層次切換到虛擬機(jī)管理器層次的CPU開(kāi)銷。同時(shí),該優(yōu)化機(jī)制亦可以在單獨(dú)的虛擬化體系結(jié)構(gòu)下使用。
　　固態(tài)盤在虛擬化環(huán)境下寫放大問(wèn)題的優(yōu)化機(jī)制,可以看作是虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作

5、的具體應(yīng)用。具體而言,由于虛擬機(jī)管理器的引入,導(dǎo)致虛擬機(jī)文件系統(tǒng)與虛擬機(jī)管理器文件系統(tǒng)之間產(chǎn)生語(yǔ)義缺失,使得底層基于NAND閃存芯片的固態(tài)盤設(shè)備需要接收更多的重寫操作,從而產(chǎn)生持續(xù)寫放大的性能問(wèn)題。該機(jī)制通過(guò)在虛擬機(jī)管理器層次加入塊級(jí)別的寫操作緩存,并在其上施加特定緩存管理邏輯,以緩解重寫操作增多而導(dǎo)致寫放大問(wèn)題在虛擬化固態(tài)盤上產(chǎn)生的性能負(fù)面影響。
　　綜上所述,通過(guò)使用虛擬機(jī)本地存儲(chǔ)寫操作的新模型,可以減小寫請(qǐng)求所需要消耗的至多