基于处理器负载的多机虚拟化调度系统

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1、华中科技大学硕士学位论文在各个服务器上，对于管理员来说，统一管理这些虚拟机就会比较麻烦。而这些虚拟机也占用了服务器的资源，比如内存，这样就限制了在该服务器上创建的虚拟机所能占用内存的大小。因此，针对虚拟计算环境，找到一个动态调节各个服务器上所运行的虚拟机数量，尽量避免出现服务器资源争用，并且最大程度利用服务器计算资源的方法，是一个非常重要的问题。1.2国内外研究现状1.2.1计算系统虚拟化技术虚拟计算机的概念最早由IBM公司在上世纪六七十年代提出，并将其运用于[7]VM/370系统中以共享昂贵的大型机系统（M

2、ainFrame）。之后的发展起起伏伏，一度由于分时操作系统的出现而处于停滞状态。上世纪九十年代随着JAVA虚拟机的推[8-10]出，尤其是之后Vmware公司VmwareESXserver和Vmwareworkstation虚拟机的[11-13]推出，使对虚拟机技术的研究再次成为处理器设计人员、软件设计人员、服务器[14]设计人员和网络安全设计人员的热门研究课题。系统级虚拟化在计算机硬件和操作系统之间增加虚拟机管理器（VMM，VirtualMachineMonitor）以解除计算机系统结构和软件系统二者间的

3、直接依赖。大多数现代[15-16]CPU体系结构没有设计成可虚拟化的，包括最流行的x86体系结构。为了提供虚拟化的能力，最直接的方法是修改操作系统，将原来指令集中不能虚拟化的部分替换成容易虚拟化的和更高效的等价物，这种方法通常称为部分虚拟化[17]（para-virtualization），英国剑桥大学开发的Xen虚拟机就是采用这种方法。为了提供快速、兼容的x86体系结构的虚拟化，VMWare采用了全虚拟化（full-virtualization）的技术路线，它将传统的直接执行和快速的动态二进制翻译技术结合起

4、来，二进制翻译器运行不能虚拟化的特权模式，补偿不能虚拟化的x86指令。德国Karlsruhe大学、澳大利亚新南威尔士大学和IBM的研究人员共同提出了预虚拟化（pre-virtualization），将操作系统中的特权指令静态替换为虚拟层的接口调用，实现了无需修改源代码即可使客户操作系统支持虚拟化。随着硬件技术的发展，硬件本身也为虚拟化提供支持。国际主流微处理器厂商也积极开展虚拟化相关研究，并推出支持硬件辅助虚拟化2华中科技大学硕士学位论文的产品和系统。Intel推出了VT虚拟化技术，包括支持指令集虚拟化的VT

5、-x和VT-i技术，还包括支持I/O设备虚拟化的VT-d技术。硬件辅助虚拟化的支持简化了VMM的设计和[18]实现，有利于最终提高虚拟机的性能。AMD公司也推出类似的硬件辅助虚拟技术Pacifica。目前硬件辅助虚拟化技术还需进一步完善，需要在理论、模型和实验等层面进行深入研究。IBM提出服务器虚拟引擎的概念，在硬件虚拟层、操作系统层和虚拟机管理等多个方面规范虚拟机技术，并应用于其z系列大型机和p系列服务器中。近来，惠普也提出了自己的三层虚拟化规范，从部件虚拟化、集成虚拟化、整体虚拟化三个层次对计算系统进行虚

6、拟化。Microsoft也十分关注虚拟化技术，并有自己的虚拟服务器产品WindowsVirtualMachine。同时Linux阵营也十分重视虚拟化技术，并在SuSeLinux中直接支持基于Xen的VMM。在高性能计算机领域，使用现有的某一种体系结构越来越难以应对应用需求的多[19-20]样性和广泛性。随着高性能计算机系统性能的不断提高，在其上运行的许多实际应用运行效率偏低；异构的高效能计算机体系结构，是可能解决该问题的途径之一[21-22]。但是，异构系统大大增加了系统的复杂性，需要虚拟化技术屏蔽结构特征，

7、以保持系统的可用性，特别是应用程序的可移植性和编程模型的一致性。国外这类异构系统有CRAY公司的CASCADE，日本理化学研究所的京速（10PFlops）系统和IBM的RoadRunner系统等，这些系统正从不同角度尝试着多种虚拟化技术在高性能计算机上的应用。VMWare公司的VirtualCenter是一套虚拟架构的管理软件，管理员能够通过它管理虚拟机池。针对Xen虚拟机也有一些管理软件，英国剑桥大学在Xen的基础上实现了虚拟机迁移机制。斯坦福大学的CellularDisco能够在一个NUMA主机上虚拟若干

8、个SMP系统，它通过对虚拟CPU采用“gang-scheduling”调度策略，避免延迟相关的性能下降，但是它并不适用于跨物理主机的集群系统。华盛顿大学的Denali项目专注于提供网络服务所需的虚拟机，能够在一个独立的物理机器上运行数量众多的轻量级虚拟机。全球的PlanetLab平台计划使用了LinuxVServer技术，为用户提供全球服务的结点，每一个用户都可以有分布于全球的结点来运行自己的应用。