基于Petri網(wǎng)的I-O虛擬化性能優(yōu)化研究.pdf

1、云計(jì)算是當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算服務(wù)提供方式，越來(lái)越多的公司使用云主機(jī)代替物理服務(wù)器。虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的核心技術(shù)，它通過(guò)資源虛擬化為用戶提供彈性的計(jì)算資源服務(wù)。
　　虛擬化技術(shù)包括CPU、內(nèi)存、I/O虛擬化。CPU、內(nèi)存虛擬化已經(jīng)日趨完善，I/O虛擬化研究成為當(dāng)前虛擬化研究的熱點(diǎn)之一。I/O虛擬化的性能決定物理設(shè)備的利用率和用戶的體驗(yàn)，對(duì)云計(jì)算的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。全虛擬化虛擬機(jī)（Virtual Machine,VM）可以直接安裝、

2、運(yùn)行多種商業(yè)操作系統(tǒng)（如Window，Mac OS等），它可以滿足用戶的多元化需求，但是，執(zhí)行I/O操作時(shí)它的CPU操作模式將在根操作模式和非根操作模式之間頻繁切換，同時(shí)分別加載虛擬機(jī)和虛擬機(jī)監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）的上下文，產(chǎn)生了大量的切換開銷，致使I/O設(shè)備性能差。
　　當(dāng)前在I/O虛擬化性能優(yōu)化研究中，無(wú)論是基于I/O設(shè)備模型或者I/O設(shè)備調(diào)度算法都沒(méi)有得到很好地解決。而且它們都沒(méi)有進(jìn)

3、行形式化的建模與驗(yàn)證，這導(dǎo)致云計(jì)算平臺(tái)中存留非常大的安全隱患。
　　本文提出了I/O指令集的方式來(lái)提高虛擬機(jī)I/O設(shè)備的性能。它通過(guò)I/O指令集生成模塊分析二進(jìn)制代碼，生成若干I/O指令集，以I/O指令集為單位觸發(fā)執(zhí)行VMexit操作，并切換到VMM中由I/O指令集執(zhí)行控制模塊控制執(zhí)行I/O指令集。最后由內(nèi)存共享模塊修改VM中I/O指令集的真實(shí)數(shù)據(jù)。VM重新調(diào)度執(zhí)行獲取最終I/O操作數(shù)據(jù)。
　　Petri網(wǎng)是一種基于圖形表示

4、的形式化建模與驗(yàn)證工具，可以用于描述與分析并發(fā)的離散事件系統(tǒng)，它以靜態(tài)結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。I/O指令集執(zhí)行控制模塊，它控制著I/O指令集在VMM中的執(zhí)行，并通過(guò)I/O權(quán)限位圖來(lái)管理I/O指令集對(duì)資源的權(quán)限。為了消除I/O指令集訪問(wèn)I/O資源和更新I/O權(quán)限位圖中存在的安全隱患，保證其正確性，使用Petri網(wǎng)對(duì)該模塊建立了模型，并利用可達(dá)標(biāo)識(shí)圖和S_不變量對(duì)模型進(jìn)行了形式化分析和驗(yàn)證，保證模型中資源的正確性、互斥性、同步性。