基于petri网的io虚拟化性能优化研究

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1、分类号．卷敬ＵＤＣ硕±学位论文基于Ｐｅｔｒｉ网的Ｉ／Ｏ虚拟化性能优化研究作者姓名；應■■■■１＾＾；，ｚ－＝．Ｔ学科、专业：；软件工程，、｝，ｉ：．＃２１２０１３０８５２２００１学号：１心师：巧支、指导教ｔ＼’＂，．＜：；４；．完戚巧期＾．選化年月＼＾．＾．：：．＾＿—ｒ一ｉ？－＊简店臨Ａ屋心－西华大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作巧取得的成果。尽我所知，除文中邑经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不

2、包含其他个人或集体己经发亲的研究成果，也不包含其他己申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均氏在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担柜关法律责任。＾学位论文作者签名：指导教师签名曰期：曰期－（５．Ｇ西华大学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，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阔和借阅，西华大学可以？将本论文的全部或部分内

3、容编入有关数据库进行检索，可＾文采用影印、缩印或担描等复印手段保存和汇编本学位论文。（保密的论文在解■密后遵守此规定）＾学位论文作者签名：指导教师签名：曰期：日期Ｍｂ－已山少。１必ClassifiedIndex:UDC:XihuaUniversityMasterDegreeDissertationTheStudyofPerformanceOptimizationforI/OVirtualizationbasedonPetriNetsCandidate:WangKaijianMajor:Softwareengineeri

4、ngStudentID:212013085212001Supervisor:Prof.SongWenApril,2016摘要云计算是当前最先进的计算服务提供方式，越来越多的公司使用云主机代替物理服务器。虚拟化技术是云计算的核心技术，它通过资源虚拟化为用户提供弹性的计算资源服务。虚拟化技术包括CPU、内存、I/O虚拟化。CPU、内存虚拟化已经日趋完善，I/O虚拟化研究成为当前虚拟化研究的热点之一。I/O虚拟化的性能决定物理设备的利用率和用户的体验，对云计算的发展有着至关重要的作用。全虚拟化虚拟机（VirtualMachine,VM）可以直接安装、运

5、行多种商业操作系统（如Window，MacOS等），它可以满足用户的多元化需求，但是，执行I/O操作时它的CPU操作模式将在根操作模式和非根操作模式之间频繁切换，同时分别加载虚拟机和虚拟机监视器（VirtualMachineMonitor，VMM）的上下文，产生了大量的切换开销，致使I/O设备性能差。当前在I/O虚拟化性能优化研究中，无论是基于I/O设备模型或者I/O设备调度算法都没有得到很好地解决。而且它们都没有进行形式化的建模与验证，这导致云计算平台中存留非常大的安全隐患。本文提出了I/O指令集的方式来提高虚拟机I/O设备的性能。它通过I/O

6、指令集生成模块分析二进制代码，生成若干I/O指令集，以I/O指令集为单位触发执行VMexit操作，并切换到VMM中由I/O指令集执行控制模块控制执行I/O指令集。最后由内存共享模块修改VM中I/O指令集的真实数据。VM重新调度执行获取最终I/O操作数据。Petri网是一种基于图形表示的形式化建模与验证工具，可以用于描述与分析并发的离散事件系统，它以静态结构描述系统的动态行为。I/O指令集执行控制模块，它控制着I/O指令集在VMM中的执行，并通过I/O权限位图来管理I/O指令集对资源的权限。为了消除I/O指令集访问I/O资源和更新I/O权限位图中存

7、在的安全隐患，保证其正确性，使用Petri网对该模块建立了模型，并利用可达标识图和S_不变量对模型进行了形式化分析和验证，保证模型中资源的正确性、互斥性、同步性。参照建立的Petri网模型，通过C语言程序设计在开源Xen虚拟化平台中实现了I/O虚拟化的性能优化。改进前后的实验结果表明，该优化设计能够明显的减少CPU切换次数，降低切换开销，并对I/O设备的性能有一定的提升。关键词：Petri网；I/O虚拟化；I/O指令集；CPU切换开销；S_不变量IAbstractCloudcomputingasawaytoofferthemostadvanced

8、computingservicesisappliedtomoreandmorecompaniesthatusethecloudhostt