高效混合输入输出虚拟化

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1、分类号_________学号M201172376学校代码10487密级硕士学位论文高效混合输入输出虚拟化学位申请人：李宇学科专业：计算机系统结构指导教师：构华宇副教授答辩日期：2014-1-21万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringEfficientHybridIOVirtualizationCandidate:LiYuMajor:ComputerArchitectureSu

2、pervisor:AssociateProfessorHuaYuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan,2014万方数据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

3、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：年月日万方数据摘要半虚拟化与单根输入输出虚拟化（Single-R

4、ootI/OVirtualization，SR-IOV）是目前主流的I/O虚拟化方式。SR-IOV支持对设备的原生共享，具有很好的I/O性能，但其受硬件限制仅能支持有限数目的虚拟机；另一方面，SR-IOV中虚拟机通过虚拟功能（VirtualFunction，VF）访问硬件，所有VF平分带宽，当VF数目增加时，单个VF获得的资源将无法满足I/O密集型虚拟机的性能需求。最后，尽管半虚拟化无硬件限制，但软件模拟开销导致其性能远逊于原生环境。针对SR-IOV存在的可扩展性不足与单个VF性能不足的问题，提出了一种结合半虚拟化

5、可扩展性和SR-IOV高性能优势的高效混合I/O虚拟化方法PSCM（paravirtualandSR-IOVcombinedmethod）。PSCM给每个虚拟机分配半虚拟化网络I/O资源；除根据用户需求静态给虚拟机分配VF外，PSCM还根据虚拟机的运行信息和网络I/O信息来实时判断虚拟机的负载类型，将VF分配给网络I/O密集型虚拟机。当虚拟机网络I/O负载降低时，PSCM回收其VF并将其分配给I/O负载重的虚拟机。PSCM使用半虚拟化方式加强了规模可扩展性，通过限制VF数目提升了单个VF性能，同时通过动态分配VF给

6、I/O密集型虚拟机提高了系统性能与资源利用率。测试结果表明PSCM能提供灵活高效的I/O资源分配，同时在保证性能损失小于2%的情况下保留半虚拟化的扩展性和SR-IOV高性能优势。当服务器上运行63个虚拟机时，PSCM中虚拟机的聚合带宽达到9329.78Mbps，大于半虚拟化的5799.92Mbps，略小于SR-IOV方式的9452.03Mbps。当虚拟机数目为63时，PSCM能够保证8个虚拟机获得900Mbps的带宽；而SR-IOV中每个虚拟机的带宽仅为150Mbps。关键词：虚拟化，虚拟功能调度，半虚拟化，单根输

7、入输出虚拟化I万方数据AbstractParavirtualI/OandSR-IOVarethetwomostpopularI/Ovirtualizationmethodsnowadays.However,paravirtualI/OprovidesscalabilitywithinadequateperformancewhileSR-IOVsupportsoptimalperformancewithrestrictedscalability.InSR-IOV,VMwiththevirtualfunctioncan

8、getdirectaccesstohardware,andbandwidthisdividedamongalltheVFs.WhentheVFnumberincreases,thebandwidththattheVFobtainsmightnotmeettheperformancerequirementsofI/Ointensivevirtualmachin