云環(huán)境下面向HPC應(yīng)用的虛擬機(jī)調(diào)度機(jī)制優(yōu)化研究.pdf

1、與傳統(tǒng)集群相比，在云平臺(tái)上運(yùn)行高性能應(yīng)用有著低廉的計(jì)算成本、方便高效的管理模式、多用戶的環(huán)境隔離與定制等諸多優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)中小規(guī)模高性能計(jì)算用戶而言優(yōu)勢(shì)更加明顯。但云平臺(tái)底層虛擬化技術(shù)帶來(lái)的兩層調(diào)度問(wèn)題使得高性能應(yīng)用的運(yùn)行環(huán)境比物理機(jī)環(huán)境更加復(fù)雜，更加不可控。因?yàn)榄h(huán)境的不可控，高性能應(yīng)用運(yùn)行于云平臺(tái)會(huì)在虛擬機(jī)之間和虛擬機(jī)內(nèi)部的虛擬CPU之間產(chǎn)生兩種同步延遲問(wèn)題。
　　針對(duì)這兩種同步延遲問(wèn)題，在KVM平臺(tái)上設(shè)計(jì)兩階段同步感知的虛擬機(jī)調(diào)

2、度系統(tǒng) TPS。通過(guò)采集虛擬機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)包信息可以有效的判別虛擬機(jī)之間是否有同步需求；通過(guò)采集虛擬機(jī)內(nèi)部自旋鎖信息可以有效判斷虛擬機(jī)內(nèi)部虛擬CPU之間是否有同步延遲。然后根據(jù)采集的信息對(duì)KVM調(diào)度器做同步調(diào)度的改進(jìn)，以此提高高性能應(yīng)用運(yùn)行于云平臺(tái)上的性能。該算法建立了虛擬機(jī)與宿主機(jī)之間信息傳遞的通道，有效的解決了KVM兩層調(diào)度的封閉性問(wèn)題，在宿主機(jī)執(zhí)行虛擬機(jī)調(diào)度過(guò)程中充分的使用了虛擬機(jī)的相關(guān)運(yùn)行時(shí)信息，使得云平臺(tái)下的高性能應(yīng)用的同

3、步請(qǐng)求能得到及時(shí)響應(yīng)，從而解決跨節(jié)點(diǎn)間和單節(jié)點(diǎn)內(nèi)的兩種同步延遲問(wèn)題。
　　通過(guò)在KVM平臺(tái)上對(duì)NPB測(cè)試集、有限元應(yīng)用、計(jì)算密集型應(yīng)用、內(nèi)存密集型應(yīng)用和I/O密集型應(yīng)用的全面、系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證了兩階段同步感知型虛擬機(jī)調(diào)度系統(tǒng)TPS對(duì)于高性能應(yīng)用有30％~40%的性能提升，并且對(duì)于非高性能應(yīng)用沒(méi)有嚴(yán)重的負(fù)面影響。與CFS調(diào)度相比較，TPS調(diào)度系統(tǒng)也展示了很高的公平性。實(shí)驗(yàn)分析表明兩階段同步感知型虛擬機(jī)調(diào)度系統(tǒng)是一種高效可行的高性能應(yīng)