虚拟环境下资源自适应分配技术的分析

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1、华中科技大学硕士学位论文能引起自陷的临界指令，确保整个虚拟平台的安全性和隔离性。与二进制翻译相比，半虚拟化技术使客户操作系统和虚拟机管理器协同工作，获得较高的性能。不过，由于需要修改客户操作系统，使得半虚拟化并不能支持如Windows之类的非开源客户操作系统。虽然上述两种方法都能实现系统虚拟化，但是使用软件弥补x86体系结构缺陷导致虚拟机管理器的设计相当复杂，客户操作系统与硬件之间的通信大多数情况下需要借助虚拟机管理器进行转换，这种转换也增加了系统的复杂性和额外开销。硬件辅助虚拟化（hardware-assistedvirtualization）是指硬

2、件提供结构支持帮助创建虚拟机监视并允许客户机操作系统独立运行，在1972年由IBMSystem/370首次引[14]入。为了在硬件层面上解决X86体系结构的虚拟化问题，Intel和AMD自2006年开始相继推出了称为VT（VirtualTechnology）和SVM（SecureVirtualMachine）的技术。VT和SVM技术从硬件层面解决X86架构的虚拟化问题，使得客户操作系[15][16]统无需修改即可在虚拟机中运行，简化VMM的设计。硬件辅助的虚拟化技术逐渐被Xen、VMware、VirtualBox、MicrosoftVirtualPC等

3、虚拟化解决方案支持，KVM（Kernel-BasedVirtualMachine）更是成为首个进入Linux内核（Linux-2.6.20之后）[17]且完全依赖于硬件虚拟化技术的虚拟机。1.2资源自适应分配研究的目标和意义虚拟化技术能够动态组织多种计算资源，隔离具体的硬件体系结构和软件系统之[18]间的紧密依赖关系，实现透明化的可伸缩计算系统架构。虚拟化技术通过虚拟机[19]管理器为上层虚拟机提供一套可以与真实硬件无关的虚拟硬件环境；为上层虚拟机提供了安全隔离的运行环境；并在虚拟机的整个生命周期对资源进行管理和分配。但在目前的虚拟化平台下，资源的分配

4、和调度主要通过静态分配以及管理员手动修改完成。在虚拟机创建时，通过配置文件静态设定虚拟机的资源数，设定调度算法；在虚拟机运行时由管理员根据各虚拟机的负载情况结合个人经验来调整资源的分配，VMM则根据资源的分配情况来调度各虚拟机的运行，这样的系统资源管理方式存在着许多不足：虚拟化平台只能感知到虚拟机的运行，却不能感知虚拟机中应用的类型以及应用的负载情况，无法根据负载的情况动态调整资源的分配，不能满足[20]客户对服务质量的要求（QualityofService），从而造成资源的不合理使用。如何管理这些物理资源以满足应用对服务质量的要求并且提升资源的利用率

5、成为了一个2华中科技大学硕士学位论文[21,22]亟待解决的问题。虚拟机上运行着不同类型的应用程序，如计算密集型，I/O密集型以及计算和I/O密集型等，它们对于资源的需求不同；另一方面，即使是相同的应用在不同的负载条件下对于资源的需求也有差异。如何在多虚拟机间动态的调整资源的分配，使用[23]最优化的分配方案达到服务质量要求，避免资源的浪费，提升物理资源的利用率，成为了目前的一个研究热点。为了使物理资源在多虚拟机间按需分配，满足不同应用对于服务质量的需求，同时提升虚拟机的资源利用率，避免资源的浪费，本文提出一种虚拟环境下资源的自适应分配方法，在Xen平

6、台上进行实现，搭建实验平台验证了该方法的有效性。该方法通过获取虚拟机的资源消耗情况对虚拟机的应用负载进行预测；并且使用BP网络对该应用负载下能够满足服务质量要求的虚拟机资源分配方案进行预测；最后根据虚拟机资源分配方案对虚拟机的资源分配进行调整。实验结果表明该系统得出的资源分配方案是满足应用的服务质量要求的最小资源分配方案。1.3国内外研究现状随着计算机性能的提升以及虚拟化技术的发展，能够感知上层应用的负载变化，动态的调整资源在各虚拟机间的分配，用以满足服务质量的要求以及提升资源的利用率的资源管理技术成为了目前的研究热点。与传统的环境对比，虚拟环境下的资

7、源的分配和管理的粒度更小，也更容易对虚拟机的资源分配方案做出修改。在资源的自适应分配管理领域，服务质量与资源分配间关系的复杂性在很多研究中被提及，因为应用性能受到计算资源、内存以及磁盘I/O以及网络带宽等诸多因素的影响，而各因素之间又相互联系，如内存分配不[24][25]当会引起频繁换页，从而增加磁盘带宽的利用率。文献提到对资源分配做出准确的预测关键在于建立资源分配与所需的应用性能指标之间性能的映射关系。为了实现多种资源在多虚拟机按间公平的、动态的分配，YutingZhang等基于控[26]制理论中的自适应反馈控制模型提出了FVM。FVM控制模型包括了

8、监视器和控制器两个部分。监控器周期性的获取虚拟机的CPU使用率、带宽利用率、缺页率以及应用的响