虛擬機本地存儲寫性能優(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,使得多個同時運行的操作系統(tǒng)例程(虛擬機)可以部署在單個的物理平臺上以共享底層的硬件資源,從而實現(xiàn)服務(wù)器整合而達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)物理平臺之間的實時遷移,用戶計算環(huán)境的快速部署、以及惡意軟件的安全隔離等需求上帶來有效可靠的技術(shù)解決方案,降低了組織機構(gòu)或個人在計算機硬件和相關(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)亦給底層的存儲設(shè)備的寫入方向帶來了性能挑戰(zhàn)。這是因為:第一,由于虛擬機管理器的引入,使得虛擬機內(nèi)部的寫請求需要經(jīng)歷更長的I/O路徑,增加了額外的CPU開銷;第二,虛擬機管理器的引入亦使得虛擬機內(nèi)部的相關(guān)塊設(shè)備驅(qū)動程序很難獲取準確的存儲設(shè)備相關(guān)信息,失去了寫操作性能進一步調(diào)優(yōu)的機會;第三,由于服務(wù)器整合,使得共享存儲設(shè)備需要面對和處理成倍增加的并發(fā)寫請求數(shù)目,進一步加劇了其性能瓶頸。目前,國內(nèi)外相關(guān)的虛擬化存儲性

3、能優(yōu)化工作偏重于讀取方面,而對于寫入方面則存在一定程度上的關(guān)注缺失。因此有必要對虛擬機本地存儲寫操作的性能進行研究和優(yōu)化。
　　虛擬機本地存儲寫操作的新模型,可以對虛擬機內(nèi)部的文件級寫操作進行同步處理,再對虛擬機管理器的塊級寫操作進行異步處理。其中,虛擬機內(nèi)部的同步處理意味著寫請求可以繞過文件系統(tǒng)的復雜異步處理邏輯,縮短其從虛擬機層次到虛擬機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的寫請求到達存儲硬件之前,根據(jù)

4、底層具體的存儲特性,在虛擬機管理器層次進行相關(guān)優(yōu)化,以減輕共享存儲由于并發(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)的虛擬機存儲協(xié)議棧優(yōu)化機制,進一步優(yōu)化了虛擬機本地存儲寫操作的性能。通過利用虛擬機系統(tǒng)提供的域間通信接口,進一步減小寫操作從虛擬機層次切換到虛擬機管理器層次的CPU開銷。同時,該優(yōu)化機制亦可以在單獨的虛擬化體系結(jié)構(gòu)下使用。
　　固態(tài)盤在虛擬化環(huán)境下寫放大問題的優(yōu)化機制,可以看作是虛擬機本地存儲寫操作

5、的具體應(yīng)用。具體而言,由于虛擬機管理器的引入,導致虛擬機文件系統(tǒng)與虛擬機管理器文件系統(tǒng)之間產(chǎn)生語義缺失,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)寫放大的性能問題。該機制通過在虛擬機管理器層次加入塊級別的寫操作緩存,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致寫放大問題在虛擬化固態(tài)盤上產(chǎn)生的性能負面影響。
　　綜上所述,通過使用虛擬機本地存儲寫操作的新模型,可以減小寫請求所需要消耗的至多