文档介绍：分类号学号 512100200678547
学校代码 10487 密级
博士学位论文
虚拟化环境中计算效能优化研究
学位申请人: 陈华才
学科专业: 计算机系统结构
指导教师: 金海教授
答辩日期: 2011 年 6 月 15 日
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering
Research puting Productivity Optimization
in Virtualization Environment
. Candidate : Huacai Chen
Major : Computer Architecture
Supervisor : Prof. Hai Jin
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074,
June, 2011
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在
文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期: 年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权
保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□,在____年解密后适用本授权书。
本论文属于
不保密□。
(请在以上方框内打“√”)
学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
虚拟化技术的引入让单个计算机可以同时运行多个操作系统。在虚拟化环境中,
虚拟机监控器(Virtual Machine Monitor,简称 VMM)接管了传统操作系统的绝大部
分功能或者作为主机操作系统(Host OS)的一部分,运行在最高特权级。VMM 能
够创建多个隔离的容器,即虚拟机(Virtual Machine,简称 VM), 而多个并发运行
的操作系统被称为客户操作系统(Guest OS)。计算效能是衡量计算机系统优劣的一
个重要指标,包括成本、性能、可编程性、可移植性、健壮性等多个方面。虚拟化
技术尚不十分成熟,虚拟化环境的计算效能与传统环境相比存在较大的差距,主要
体现在电能消耗与系统性能两个方面。因此,本研究的重点是如何在虚拟化环境中
通过节省电能与改善性能来实现计算效能的改进优化。具体研究内容包括虚拟机主
导的电源管理、虚拟机的精确时间记账、上下文切换频率动态调节和亲缘关系感知
的公平调度策略,分别概括如下:
在降低成本方面,电源管理是提升计算效能的主要方法。因为成本主要来源于
计算过程随时间的增长而增长的持续性投入,而电能消耗是其主要组成部分。虚拟
化最早应用于服务器领域,而在客户端的应用也越来越普遍。客户端虚拟环境中,
各个虚拟机的地位不完全对等,而是有一个与用户交互并占有绝大部分运行时间的
主虚拟机。基于此,提出了一种虚拟机主导的电源管理方法。该方法将原本被虚拟
机监控器所屏蔽的底层电源特征展露给主虚拟机,藉此充分利用操作系统成熟的电
源管理技术,而 VMM 里面只需要少量的协调控制逻辑。实验结果显示虚拟机主导
的电源管理方法比以 VMM 为中心的电源管理方法节能 8~22%。
在改善性能方面,处理器调度是优化计算效能的关键。为了协调 VMM 与 Guest
OS 的两层调度,本研究提出了精确时间记账方法:t。CPU 时间记账
是性能评测和进程调度的数据来源,其精确度直接影响评测的可靠性和调度的公平
性。CPU 时间在传统环境中为一个操作系统独享,而在虚拟环境中是被多个客户操
作系统分时共享。因此传统的记账方法在虚拟化环境中并不适用。t 在
VMM 里面增加了