虚拟化系统自适应调度关键技术研究

虚拟化技术已在多核处理器系统中得到应用，虚拟化技术具有降低计算成本、增强易管理性和系统可用性、加强系统安全等一系列的优点，但同时也不可避免地在虚拟化过程中引入额外的系统开销，提高虚拟化系统效率、降低虚拟化开销有着重要的意义。为此，本项目针对由多核处理器构成的虚拟化系统，包括单物理机虚拟化系统和集群虚拟化系统，研究自适应调度机制和算法，以最大化虚拟化系统的效能。首先，研究单个物理机中的多核处理器虚拟化调度机制，包括基于虚拟CPU相关度的多核处理器虚拟化调度模型和自适应调度算法；在此基础之上，研究集群虚拟化系统中基于虚拟机迁移的负载平衡机制，包括两级调度的系统框架和自适应调度算法。基于开源软件Xen实现相应的原型系统，测试并优化调度模型和算法，形成虚拟化系统自适应调度关键技术，推动虚拟化技术在多核处理器系统中的广泛应用，有效提高多核处理器系统的效能。

本项目针对由多核处理器构成的虚拟化系统，包括单物理机虚拟化系统和集群虚拟化系统，研究自适应调度机制和算法，以最大化虚拟化系统的效能。首先，研究单个物理机中的多核处理器虚拟化调度机制：(1) 为提高并发负载在虚拟机中的性能，提出了虚拟CPU混合调度框架(静态自适应调度)及其原型系统，可根据虚拟机上负载的类型，由系统管理员人工设定虚拟机类型。该项成果发表在IEEE Transactions on Computers；(2) 为避免系统管理员人工设定虚拟机类型，基于虚拟CPU相关度的概念，提出了虚拟CPU动态自适应调度模型及原型系统，该项成果发表在著名并行分布式计算会议HPDC2011上。其次，研究集群虚拟化系统中基于虚拟机迁移的负载平衡机制，包括两级调度的系统框架和自适应调度算法，分别是单个物理节点内的局部调度算法和集群范围内的全局调度算法，并实现了原型系统VEMan；在此基础上，考虑集群系统的能耗，进一步拓展了集群自适应调度方法。另外，针对虚拟化系统也开展了综合性能与安全两方面因素的协同研究。经过三年来的系统研究，按照项目计划书的要求，广泛了解国内外前沿，开展原创性的研究工作，有效提高了单物理机虚拟化系统和集群虚拟化系统的效能，全面完成了研究计划的各项内容和考核指标，相关指标超额完成。