面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的虛擬機(jī)調(diào)度研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，人們對(duì)計(jì)算需求的關(guān)注從提高單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算能力，轉(zhuǎn)向了計(jì)算環(huán)境的便捷性、靈活性、高效性、可靠性、易用性、節(jié)能性等特性。傳統(tǒng)的以計(jì)算機(jī)硬件為基本計(jì)算單元的計(jì)算模式越來越難以適應(yīng)這種多變的計(jì)算要求。虛擬機(jī)技術(shù)通過虛擬機(jī)管理器將應(yīng)用程序與計(jì)算機(jī)硬件解耦合，使得計(jì)算環(huán)境的靈活性，可靠性，便捷性等得以極大提高，滿足了多樣化的計(jì)算需求，該技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建計(jì)算環(huán)境的重要手段，得到廣泛認(rèn)可和大量使用。
　　虛擬機(jī)管理

2、器的引入，使得資源調(diào)度與應(yīng)用程序需求之間形成語義鴻溝，導(dǎo)致虛擬機(jī)在使用中存在一些問題，特別是在實(shí)時(shí)領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。面臨的主要問題包括：低I/O響應(yīng)延遲需求，實(shí)時(shí)任務(wù)截止時(shí)間保障，實(shí)時(shí)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間保證，并發(fā)應(yīng)用執(zhí)行效率保障，多實(shí)時(shí)虛擬機(jī)在多處理器環(huán)境下的調(diào)度等。目前已有的相關(guān)研究存在不少局限性，特別是在多處理器下并發(fā)及多實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度方面，還沒有高效的調(diào)度算法。
　　1）針對(duì)虛擬機(jī)在實(shí)時(shí)應(yīng)用中存在的這些問題，以Xen虛擬機(jī)管理器為

3、對(duì)象，研究了虛擬機(jī)的調(diào)度問題。在低I/O響應(yīng)延遲方面，通過對(duì)Credit算法的調(diào)度過程研究和形式化分析，確定了CPU密集型虛擬機(jī)的最大I/O響應(yīng)延遲與調(diào)度時(shí)間片和虛擬機(jī)數(shù)量的關(guān)系，提出動(dòng)態(tài)調(diào)度時(shí)間片調(diào)度思想?；谳嗈D(zhuǎn)式調(diào)度過程，提出了非一致調(diào)度時(shí)間片自適應(yīng)調(diào)度算法 DTSCredit(Dynamic Time Slice Credit)。該算法采用基本的輪轉(zhuǎn)調(diào)度方法，通過I/O行為監(jiān)測(cè)和VCPU數(shù)量記錄，動(dòng)態(tài)調(diào)整PCPU的調(diào)度時(shí)間片，達(dá)

4、到控制調(diào)度周期、約束I/O事件響應(yīng)最大延遲的目的?；趽屨际降恼{(diào)度思想，提出了基于優(yōu)先搶占的自適應(yīng)調(diào)度時(shí)間片算法SACredit(Self-Adapt Credit)。該算法通過搶占式優(yōu)先級(jí)機(jī)制為基礎(chǔ)，將I/O事件作為搶占觸發(fā)的依據(jù)，使VCPU在任何情況下，能夠通過搶占及時(shí)進(jìn)行I/O事件處理。算法中通過調(diào)度時(shí)間片控制，被搶占VCPU調(diào)度恢復(fù)，搶占比例資源使用異常處理等手段，實(shí)現(xiàn)了CPU密集型應(yīng)用中虛擬機(jī)的低I/O響應(yīng)延遲。該調(diào)度算法可以

5、有效控制虛擬機(jī)在CPU密集型應(yīng)用中I/O事件的響應(yīng)延遲，提高虛擬機(jī)的I/O響應(yīng)性能，在最大I/O響應(yīng)延遲方面較現(xiàn)有調(diào)度算法具有明顯優(yōu)化。
　　2）以Credit比例分配機(jī)制作為資源分配手段，研究了多處理器環(huán)境下，并發(fā)VCPU同步調(diào)度的關(guān)鍵問題，提出了以資源更新為依據(jù)的同步排隊(duì)調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了并發(fā)虛擬機(jī)同步調(diào)度算法PSA。該算法較現(xiàn)有Balance-shceduling和UVF(Urgent VCPU First)等并發(fā)調(diào)度算法，在

6、并發(fā)任務(wù)運(yùn)行效率方面具有更好性能。針對(duì)并發(fā)軟實(shí)時(shí)虛擬機(jī)應(yīng)用，提出了并發(fā)軟實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度算法PSRTSA(Parallel Soft Real-Time Scheduling Algorithm)。算法通過Non-work-conserving調(diào)度模型，引入絕對(duì)資源比例預(yù)分配機(jī)制，利用 Credit資源分配作為調(diào)度控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了并發(fā)實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度。滿足了并發(fā)軟實(shí)時(shí)虛擬機(jī)中實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行效率和時(shí)間保證。算法的穩(wěn)定性和資源利用率均優(yōu)于并發(fā)軟實(shí)

7、時(shí)調(diào)度算法Poris，特別在系統(tǒng)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化情況下更具有明顯優(yōu)勢(shì)。針對(duì)并發(fā)與非并發(fā)實(shí)時(shí)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)的調(diào)度問題，以PSRTSA的資源預(yù)分配機(jī)制為基礎(chǔ)，提出了基于Credit預(yù)分配的實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度算法SRTA(Soft Real-TimeScheduling Algorithm)。通過細(xì)分實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)，運(yùn)行周期的分段式調(diào)度，資源分配上限控制等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度原型。算法在支持并發(fā)軟實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度的同時(shí)，支持非并發(fā)軟實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度，并保證實(shí)時(shí)

8、任務(wù)順利運(yùn)行。算法較現(xiàn)有并發(fā)虛擬機(jī)調(diào)度算法，對(duì)并發(fā) VCPU調(diào)度效率有明顯提高，同時(shí)對(duì)非并發(fā)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度具有較好支持能力。
　　3）多處理器上的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度一直是實(shí)時(shí)調(diào)度領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但針對(duì)多實(shí)時(shí)虛擬機(jī)的調(diào)度相關(guān)研究比較滯后。以實(shí)時(shí)調(diào)度和并發(fā)調(diào)度思想為基礎(chǔ)，提出了針對(duì)實(shí)時(shí)虛擬機(jī)調(diào)度的Gang Earliest Deadline First(EDF)調(diào)度模型。以可調(diào)度判定條件的形式化證明為依據(jù)，算法通過將虛擬機(jī)的并發(fā)VCPU按組調(diào)