基于虚拟计算环境的内存资源弹性分配研究

【摘要】：社会生活的各个领域对互联网提出的新的迫切需求和大量新型网络应用的出现,给网络中的海量资源的有效管理带来了新的挑战。特别是互联网中的资源具有成长性、自治性和多样性特点,使得它们在协同共享和综合利用的过程中出现了诸多新的问题。其中,广域分布和异构的内存资源共享和分配这一实际问题,成为其中重要的子问题。作为三大计算资源之一,内存资源相对于CPU和I/O资源更难被共享和复用,因此对内存资源弹性分配和共享的研究工作具有重要的学术意义和商业价值,尤其是在新的互联网应用下,内存使用场景将变得更加不可预知。围绕这一问题,本文主要对以下四项内容进行了深入的研究:一、深入分析虚拟化平台和XEN体系结构,以及半虚拟化驱动,内存虚拟化模型等技术,它们是实现虚拟化环境中内存整合的关键支撑技术;接着,本文又重点研究了内存气球方法、内存热插拔技术、页共享技术和在线迁移技术等,在分析了它们的优点的同时,也指出了各自的不足之处;二、针对使用气球方法的虚拟机在内存变化幅度较大时可能会出现性能退化的情形,我们提出了内存空洞方法,以达到解决该问题的目的。内存空洞在虚拟机监视器中分配不具有物理内存的“空洞区域”,当虚拟机对该内存进行访存操作时,才分配真实的物理内存。实验证明内存空洞方法确实能够在内存激增的情况下,合理分配内存,保证虚拟机服务质量;三、对客户虚拟机换页问题的深入探索后,我们提出了基于宿主机的换页缓存池方法,来对客户机的换页操作进行优化。该方法利用了宿主机中的部分内存来合理缓存由客户机中换出的部分内存页面,并依照每台虚拟机内存资源使用情况合理地分配缓存池大小。缓存池方法利用宿主机中的资源为客户机提供换页服务,既平衡了宿主机和客户机内存使用量,又提高了整体的内存利用效率;四、进一步地,我们提出了基于网络内存的客户机换页方法,以克服单个物理节点内存使用的上限。该方法利用其他物理节点上的内存资源,有效组织成为一个换页硬盘,用于存储客户机换出的内存页面。在使用了先进的网络设备(如Infiniband或者10Gb以太网)后,经过测试,对于传统换页方法,基于网络内存方法在换页性能上有一定的优势。本文是对虚拟计算环境中虚拟化平台内存资源弹性分配的一次有益探索,研究成果对于搭建灵活易扩展并拥有海量数据处理能力的云计算平台具有良好的理论价值和实践意义。本文所做的工作已在承研的国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)和自然科学基金中得到了应用。
【关键词】：虚拟计算环境 虚拟化技术 内存资源 内存空洞 换页优化
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333.1