支撑云计算的虚拟化技术.ppt

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1、支撑云计算的虚拟化技术支撑云计算的虚拟化技术罗英伟网络与信息系统研究所北京大学信息科学技术学院2011年7月计算机科学技术的发展2022/12/112计计算算机机技技术术在在人人类类社社会会的的作作用用二十多年来2010内容提纲o系统虚拟化技术o关于云计算o系统虚拟化与云计算o支撑云计算的虚拟化技术o北大网络所在虚拟化方面的一些工作n虚拟化数据中心内存资源的预测和管理2022/12/1131、虚拟化是什么？o计算机科学中2个最基本的思想2022/12/114虚拟化虚拟化一个虚拟化示例：数据存储2022/12/115用户用户直接存取直接存取存储单元存储单元去去耦耦合合初级初级高级高级用户用户文件

2、存取文件存取存储单元存储单元OS存存取取 存储虚拟化存储虚拟化用户用户用户用户用户用户用户用户mov dx,0152hfwrite(fp,973,size)Store(973,size)存取存取存储服务存储服务到处可见的虚拟化o程序设计语言o操作系统oJava虚拟机o系统虚拟化o2022/12/116系统虚拟化的产生o计算能力在快速增长：天河一号，千万亿次，Top22022/12/1171万亿次万亿次1千万亿次千万亿次系统虚拟化的产生o计算系统利用率不高！2022/12/118n“多数用户承认，计算系统平均利用率只有25%30%”Dan HeringtonHPHP虚拟化技术首席科学家虚拟化技术

3、首席科学家n性能测试报告，来自权威性能测试机构Metrons Athenen对一个计算系统进行两天监测的数据系统虚拟化的产生o计算系统灵活性不高！2022/12/119作业：飞行器的流场计算飞行器的流场计算程序：Fluent 6.3作业：32位操作系统：Linux平台：X86作业1 1飞行器专家飞行器专家作业：生物计算生物计算程序：BLAST作业：32位操作系统：Windows平台：X86作业2生物专家生物专家计算中心计算中心作业1操作系统不匹配！操作系统不匹配！作业1作业2操作系统不匹配！操作系统不匹配！作业2n浪费时间n操作繁琐n机器闲置时间较多n原因：应用软件与操作系统、硬件紧耦合什么是

4、系统虚拟化2022/12/1110操作系统应用系统操作系统应用系统多个系统融合在一台服多个系统融合在一台服务器上务器上 资源利用率高资源利用率高应用系统不再依赖特定应用系统不再依赖特定的硬件的硬件 系统维护灵活系统维护灵活硬件发展迅速硬件发展迅速o系统虚拟化系统虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统、是将底层物理设备与上层操作系统、软件分离的一种软件分离的一种去耦合去耦合技术技术o虚拟化的目标虚拟化的目标是实现是实现IT资源资源利用效率和灵活性利用效率和灵活性的最大化的最大化三个基本概念o在一台物理主机上虚拟出多个虚拟计算机（虚拟机，虚拟计算机（虚拟机，Virtual Machine，VM），其

5、上能同时运行多个独立的操作系统，这些客户操作系统（客户操作系统（Guest OS）通过虚拟机虚拟机管理器（管理器（Virtual Machine Monitor，VMM，也称作，也称作Hypervisor）访问实际的物理资源2022/12/1111HardwareVirtual Machine MonitorLinuxLinux(devel)XPVistaMacOS提高资源利用率2022/12/1112生物生物生物生物计算计算计算计算虚拟化虚拟化技术支技术支持下的持下的高效能高效能计算机计算机信息信息信息信息服务业服务业服务业服务业军事军事军事军事仿真仿真仿真仿真先进先进先进先进制造制造制造制

6、造提高系统灵活性2022/12/1113X86Power PCiMacPDAMIPSLinuxMacOS各种应用各种应用动态二动态二进制翻译进制翻译和优化和优化硬件辅硬件辅助虚拟化助虚拟化软硬件软硬件协同设计协同设计虚拟机虚拟机另一种形式的系统虚拟化o多机聚合虚拟化2022/12/1114操作操作系统系统应用系统应用系统操作操作系统系统应用系统应用系统系统虚拟化的应用o虚拟机的特征及应用n相互隔离n动态构建n动态部署n在线迁移n动态资源调整n服务器融合n容错支持：在线备份、Checkpointn操作系统应用系统操作系统应用系统动态快速部署2022/12/1116虚拟机库虚拟机管理器虚拟机管理器

7、虚拟机管理器需要Windows操作系统需要DirectX的编程库需要MPI通讯库.NETDirectXMPI.NETDirectXMPI.NETDirectXMPI银河银河神威神威动态快速部署2022/12/1117虚拟机库虚拟机管理器虚拟机管理器虚拟机管理器需要Windows操作系统需要DirectX的编程库需要MPI通讯库.NETDirectXMPI.NETDirectXMPI.NETDirectXMPIRedhat Linux操作系统需要MySQL数据库需要Apache服务器PHPMySQLApachePHPMySQLApachePHPMySQLApache银河银河神威神威虚拟机在线迁移

8、2022/12/1118资源不够资源不够该迁移了该迁移了到我这里来吧到我这里来吧我有资源我有资源停机时间非常短停机时间非常短终端感觉不出来终端感觉不出来终端终端2022/12/1119o消除热点n一个物理机上的资源不能满足它上面虚拟机的要求，负载过重n通过迁移平衡负载o节能n很多时候资源非常空闲n通过迁移减少活动的物理机30%30%40%20%10%服务器融合Hypervisor虚拟机容错2022/12/1120系统虚拟化的前景o国际著名科技咨询机构Gartner：近几年公布的Gartner技术发展趋势报告中，计算系统虚拟化技术连续成为十大关键IT技术之首oInfoWorld组织预测：近几年值

9、得期待的十一项创新：虚拟化的广泛采用，排名前5oIDC预测：虚拟化技术的市场需求正在爆发，以50%的速度增长；典型代表VMware公司的市值更是在2006年超过了220亿美元 2022/12/1121国家中长期科技发展规划纲要o面向国家重大战略需求的基础研究n支撑信息技术发展的科学基础 o虚拟计算环境的机理o虚拟化计算系统的核心机理作为支撑信息技术发展的五大重要科学基础之一n优先主题“高效能可信计算机”的基础技术2022/12/1122系统如何虚拟化？o与操作系统对进程的管理相类似nCPU：分时、调度n内存：划分nI/O：模拟与调度2022/12/1123硬件硬件硬件硬件系统虚拟化方法的分类2

10、022/12/1124动态半虚拟化方法动态半虚拟化方法(Dynamic Paravirtualization)融合半虚拟化和全虚融合半虚拟化和全虚拟化的优点：拟化的优点：n不修改不修改Guest OS的源的源代码代码n 高虚拟化性能高虚拟化性能源代码源代码可执行代码可执行代码修改修改不修改不修改修改修改不修改不修改半虚拟化半虚拟化动态动态半虚拟化半虚拟化全虚拟化全虚拟化Guest OS性能好，性能好，但不适用于无法但不适用于无法获获得源代得源代码码的操作系的操作系统统，如，如Windows虚拟化性能差虚拟化性能差虚拟机管理器的类型2022/12/1125嵌套虚拟化：有趣但很困难2022/12/

11、1126系统虚拟化技术的研究o国内学术机构n973计划项目“计算系统虚拟化基础理论与方法研究”o华中科技大学、北京大学、清华大学、国防科技大学、上海交通大学、浙江大学、江南所、航天二院n中科院计算所n复旦大学n2022/12/1127国外学术机构o剑桥大学:Xen，采取部分虚拟化的策略，通过修改Linux内核源码，把涉及特权指令调用的部分改写为对虚拟层接口的调用，使运行在Xen上的客户操作系统（Guest OS）表现出接近直接运行在裸机上的性能 oStanford：Cellular Disco项目在一个NUMA主机上虚拟若干个SMP系统，对虚拟CPU采用“gang-scheduling”调度策

12、略；Collective项目实现了容器化的虚拟隔离服务；VMWare项目的原创工作来自于斯坦福大学；o华盛顿大学：Denali项目专注于提供网络服务所需的虚拟机 oCMU:Internet Suspend/Resume（ISR技术），运行环境挂起、重构的虚拟化化环境oMIT:Exokernel操作系统：让应用程序自身构建所需的操作系统，底层核心仅提供隔离和复用的功能；YouOS项目：基于JavaScript与AJAX技术的Web操作系统（WebOS）o2022/12/1128工业界oIBM：最早的操作系统级别的虚拟机技术，如370虚拟机技术oIntel：推出了VT虚拟化技术，包括对指令集虚拟化

13、的支持VT-x和VT-i技术，还包括对I/O设备虚拟化支持的VT-d技术oVMWare：VMWare采用全虚拟化路线，将传统的直接执行和快速的动态二进制翻译技术结合起来，二进制翻译器运行不能虚拟化的特权模式，补偿不能虚拟化的x86指令 oMicrosoft：英特尔与微软制订规划推新型管理及虚拟技术，为企业增添新的能力，并节约成本o一大批使用、研究虚拟化技术的公司，如AMD、EMC、Novell以及Red Hat，都加入到了虚拟计算系统各个层面的研究中来o联想、浪潮、华为、中兴，联想、浪潮、华为、中兴，2022/12/1129虚拟化技术推动软硬件的变革o硬件辅助虚拟化nCPU、存储、网络no操作

14、系统的适配nJeOS、Virtual Appliancen感知虚拟环境的OS、编译、程序设计语言2022/12/1130系统虚拟化技术的产品oVMwareoXen/CitrixoKVM/LinuxoMicrosoft Hyper-Vo973VMM2022/12/11312、什么是云计算2022/12/1132什么是云计算o维基百科的定义nCloud computing refers to the on-demand provision of computational resources via a computer network,rather than from a local compu

15、ter.2022/12/1133什么是云计算2022/12/11342022/12/1135一种商业模式，角色不同，看法不同o普通用户n应用在“云里跑”（例如，Google Doc）o应用开发者n实现以浏览器为中心的用户界面（特殊的界面一般不受欢迎）及服务器方相关功能接口o应用部署者n快速部署和配置（例如10分钟里在一千台服务器上部署一个应用，或者调整该应用的配置）o设施拥有者n针对不同应用负载的动态需求，实现设备的高“可动员性”（rapid elasticity）云计算的不同层次oXaaSnManagement as a ServicenStorage as a Servicen2022/1

16、2/1136云计算的关键o网络o云的提供者n数据中心n服务中心o问题n中心的维护成本n中心的服务质量o支撑技术n虚拟化2022/12/11373、虚拟化与云计算o虚拟化带来的好处与挑战n虚拟机的快速部署与便捷的系统管理、资源利用率的提高n管理和控制虚拟机蔓延的成本和复杂性也将爆炸式增长n可信？o不同的声音n虚拟化就是云计算的基石IaaSn虚拟化和云计算并无必然联系：Google2022/12/11383、虚拟化与云计算oAmazon EC2nXen basedoVMwarenVMware VDC-OSnVMware vSphere4 for CloudsoHPoIBMoMicrosoft 20

17、22/12/1139o虚拟化技术是云计算的基本支撑IaaSn虚拟机的快速部署与便捷的系统管理、资源利用率的提高o但n性能问题仍不容忽视！单物理机上的性能、多物理机环境中的综合性能n管理和控制虚拟机蔓延的成本和复杂性也将爆炸式增长！n可信？2022/12/11404、支撑云计算的虚拟化技术4、支撑云计算的虚拟化技术o首先，分析虚拟环境下应用程序的特征，提供面向应用的、高效的资源虚拟化方法。o其次，从虚拟机资源管理着手，根据应用程序的特征，解决虚拟机动态部署与调度过程中多层面的动态资源管理问题，保证虚拟机的服务质量，提高资源利用效率。o第三，可信的虚拟计算环境及其管理。o第四，虚拟化的标准。202

18、2/12/1141虚拟化环境下应用程序的特征o在虚拟化环境下，需要重新审视或刻画应用程序、在虚拟化环境下，需要重新审视或刻画应用程序、操作系统、虚拟机管理器以及硬件的各自行为特征操作系统、虚拟机管理器以及硬件的各自行为特征以及相互之间的约束、依赖和协同。以及相互之间的约束、依赖和协同。o应用程序的特征分析n应用程序对资源(CPU、Cache、Memory、IO)的需求n应用程序对环境的依赖(OS、Lib)n应用程序与硬件的结合(多核、EPT/NPT、性能监控)o基于特征分析的资源预测n资源需求与其性能、能耗等的关系：单机、多机2022/12/1142虚拟化环境下应用程序的特征o通过应用程序、客

19、户操作系统(Guest OS)、虚拟机管理器(Virtual Machine Monitor，VMM)、硬件等层间的通讯通道把预测信息传递到虚拟机管理器，就可以支持虚拟机管理器动态调优系统。2022/12/1143资源分资源分配决策配决策资源资源分配器分配器面向应用的虚拟化方法o面向应用的操作系统适配n虚拟设施：Virtual ApplianceoJeOS：Just enough OSo面向应用的虚拟化方法n不同的应用的运行特征不同，需要根据不同的特征动态调整资源虚拟化方法及资源的配置2022/12/1144Hypervisor基于应用程序特征的虚拟机部署o虚拟机的计算特征：虚拟机的计算特征：

20、每类应用程序都有其计算的特点，当这些应用程序部署在一个虚拟机上时，就反映为虚拟机的计算特征。o相似虚拟机的竞争：相似虚拟机的竞争：对于计算特征相似的虚拟机，当把它们部署在同一台物理主机上时，就会存在对相同计算资源的竞争使用，从而影响总体性能。o计算特征相容的虚拟机：计算特征相容的虚拟机：如果能尽量把计算特征相容的虚拟机部署在一起，则会提高物理主机计算资源的利用率，提高虚拟机的总体性能。2022/12/1145o虚拟机资源的静态分配n基本满足虚拟机的需求，但仍会造成资源的浪费：纯静态的预测并不能反映虚拟机运行状态的动态变化，在虚拟机运行的不同时刻，其计算特征仍然会有所变化。o虚拟机资源的动态调配

21、n通过在虚拟机管理器中增加对虚拟机运行时刻的计算特征的动态变化的监测，可以采用相应的机制调整虚拟机间的资源分配单机环境下虚拟机间的动态资源调整2022/12/1146多机环境下虚拟机间的动态资源调整o基于多机资源协调预测，合理实施虚拟机迁移虚拟机迁移：n针对各虚拟机的资源需求以及整个环境的节能需求，设计并实现一套合理诱发虚拟机迁移的机制：o一方面，消除热点物理机、满足更大的资源需求；o另一方面，虚拟机融合，关闭部分物理主机，节能。n虚拟机迁移开销较大：只有在预期虚拟机计算特征明显且将较持久的改变为另一种状态时，进行迁移才是最优的选择。2022/12/1147动态虚拟机群o让N台虚拟机“浮动”运

22、行在M台物理机上o且N和M动态可变2022/12/1148物理机物理机物理机物理机物理机物理机物理机物理机物理机物理机2022/12/1149动态虚拟机群Node 1oFrom Physical cluster to Virtual clusterApplication 1Application 2Node 2Node 3Node 4Node 5VM1.1VM1.2VM2.1VM2.2VM3.1VM3.2VM4.1VM4.2VM5.1VM5.22022/12/1150oReclustering virtual clusternUsing VM suspend/resumeNode 4VM4.2

23、Application 1Application 2Node 1Node 2VM1.1VM2.1Node 5VM5.2Node 3VM3.2VM3.1VM2.2VM1.2VM4.1VM5.1VM3.2动态虚拟机群2022/12/1151oReclustering virtual clusternUsing dynamic resource reallocation across VMsVM3.1VM3.2VM4.1VM4.2VM5.1VM5.2Node 3Node 4Application 1Application 2Node 1Node 2VM1.1VM1.2VM2.1VM2.2Node 5

24、动态虚拟机群2022/12/1152上传虚拟机上传虚拟机保存虚拟机保存虚拟机黑店！黑店！上传虚拟机上传虚拟机VMM安全安全?可信的虚拟计算环境及其管理Private CloudPublic Cloud云端与终端的协同2022/12/1153云计算中的信任问题第三方云第三方云第三方云第三方云私密信息私密信息私密信息私密信息我的私密信我的私密信息在我睡觉息在我睡觉时真的不会时真的不会被泄露吗？被泄露吗？还是把私密还是把私密信息放在自信息放在自己兜里睡得己兜里睡得安心！安心！虚拟化的标准oDMTF SVPCnDistributed Management Task Force,nSystem Virt

25、ualization,Partitioning,and Clustering o面向云计算的基本标准nSVP：Server Virtualization and PartitioningnOVF：Open Virtualization Format2022/12/1154DeploymentRuntimeVMAN OVFVMAN SVP2022/12/1155 myApp.ovfi immp po or rt t虚拟化的标准OVF：A multi-vendor format2022/12/1156OVF and Cloud Interoperability虚拟化的标准5、北大网络所在虚拟化方面

26、的一些工作o围绕“高效的、可控可调的、自适应的虚拟机管理器(Adaptive VMM)”展开研究n全/半虚拟化、动态半虚拟化n虚实融合及动态切换n多层协同及特征交互n高可用支持n2022/12/1157存储层次虚拟化及资源原理2022/12/1158973VMM集成2022/12/1159973虚拟化项目虚拟化项目团队各课题研究团队各课题研究成果的成果的集中体现集中体现以开源以开源Xen为为基础基础本着本着效果显著、效果显著、功能稳定、运行功能稳定、运行可靠可靠的原则有机的原则有机整合整合虚拟化数据中心内存资源的预测和管理o背景与问题o解决方案：动态内存需求预测o间歇性内存跟踪（IMT）o数据

27、中心全局内存调控2022/12/1160背景与问题：背景与问题：内存虚拟化o各虚拟机分配机器物理内存（静态分配）n每个虚拟机所得内存通常是固定的4G4G2G2G2G2G2022/12/1161问题o不能有效利用资源不能有效利用资源2022/12/1162问题o应用程序的内存需求动态变化473.astar is one of 29 SPEC CPU2006 benchmark programsMemory Demand2022/12/1163理想o按需分配n根据虚拟机的实际需求分配内存2022/12/1164理想与现实o现实n内存需求在系统运行过程中动态变化n操作系统只报告系统占用、空闲内存的大

28、小o占用的内存不一定在被有效使用n系统性能与分配内存大小没有正比关系2022/12/1165o动态预测内存需求o用历史预测未来n动态建立Miss Ratio Curve(MRC)n建立系统性能与内存大小的关系o挑战n开销大n精度解决方案2022/12/1166操作系统的内存管理空间有限空间有限替换算法替换算法2022/12/1167oLeast Recently Usedn替换表尾页n新访问的页移至表首LRU 算法访问序列：访问序列：2022/12/1168oLeast Recently Usedn替换表尾页n新访问的页移至表首LRU 算法访问序列：访问序列：2022/12/1169oLeas

29、t Recently Usedn替换表尾页n新访问的页移至表首LRU 算法访问序列：访问序列：2022/12/1170o截取内存访问信息o模拟操作系统LRU结构o建立内存大小与程序性能的关系内存预测方法2022/12/1171LRU Histogramo每个位置对应一个计数器o命中某个页面时，相对应的计数器加一Page-level LRU listHit Counters(one per node)9752382022/12/1172LRU Histogramo每个位置对应一个计数器o命中某个页面时，相对应的计数器加一Page-level LRU listHit Counters(one pe

30、r node)952382022/12/1173o4个页面，200次内存访问,180次命中LRU Miss Ratio Curve and Histogram2022/12/1174o好消息n准确预测内存需求o坏消息n平均开销173%nmcf 慢了58倍WSS Prediction:好消息和坏消息2022/12/1175o截取内存访问次数 找到LRU计数器的时间开销分析及优化 动态热页集动态热页集 间歇式监控间歇式监控 链表结构链表结构:O(N)AVL树树:O(logN)2022/12/1176系统整体架构2022/12/1177o大多数程序具有周期性、阶段性特征nIPC、存储访问、Cache

31、命中率等均有周期性n在一个阶段内，特征稳定n从一个阶段过度到另一个阶段，会有突发性变化程序的周期性2022/12/1178o内存需求（工作集）稳定时，暂停监控o系统进入一个新周期时，重新开始监控间歇性内存跟踪（IMT）2022/12/1179o系统进入一个新阶段时，重新开始监控n如何预知?o根据系统硬件计数器所采集的实时信息预测系统周期的变化问题内存周期变化内存周期变化TLB miss、L2 miss等等硬件事件周期变化硬件事件周期变化2022/12/1180内存需求和系统硬件事件相关2022/12/1181基本系统架构WSS TrackerWSSHardware Performance Co

32、untersPMC valuesIn a stablephase?YesTurn offIMT ControllerPhase DetectorPhase DetectorNew phasedetected?YesTurn on2022/12/1182o计算“移动平均值”来降低噪音nk是移动窗口数，vi是第i个采样间隔内得到的监控数据n第i个采样间隔的移动平均值：f(i)=(vi+vi-1+.+vi-k+1)/kn设vj为当前间隔的采样值，ofmean=mean(f(x)|x(j-k,j)oerrr=f(j)/fmeanoerra=|f(j)-fmean|o稳定状态检测n设定一个阈值T，如果e

33、rrr=1-T,1+T，认为输入信号处于平稳的状态；否则，认为发现了一个新的周期nT 为实验性阈值“周期性”检测832022/12/11o内存“周期性”检测n固定阈值Twssn效果不错，内存需求波动小o性能监控计数器“周期性”检测o固定阈值TPMC o性能监控计数器波动大o效果一般n太大，检测不到周期变化n太小，不必要的监控“周期性”检测842022/12/11o比较两个监控器的结果nWSS is stable but PMC phase detected:TPMCnWSS phase detected but PMC is stable:TPMCn“Checkpointing”:period

34、ically wake up WSS tracker自适性监控Turn offWSS TrackerWSSHardware Performance CountersPMC valuesIn a stablephase?YesIMT ControllerPhase DetectorPhase DetectorNew phasedetected?YesTurn onTime on?852022/12/11oSoftwarenVMM:Xen 3.2nWSS Tracker is implemented in hypervisoroIntercept page accesses oOne MRC/VM

35、oHardwarenIntel Core i5n8 GB memoryoIMT ConfigurationnUse Data TLB misses for PMC phase detectionnThreshold of WSS phase detection:0.05实验系统862022/12/11A Simple Case872022/12/11Multiple Phases882022/12/11Adaptive Threshold892022/12/11Checkpointing902022/12/11oMetricsnMean Relative Error(MRE):nUp Rati

36、o(UR):memory tracking time/total time IMT的效果912022/12/11开销比较No IMT:16%IMT(f)6%(UR 26%)IMT(a)2%(UR 12%)n Regular optimizations:dynamic hot set,AVL-tree baesd LRU list922022/12/11预测精度Monotonic(40 170 MB)Random(40 170 MB)932022/12/11数据中心全局内存调控本地局部调整本地局部调整远程内存远程内存在线迁移在线迁移942022/12/11BallooningoWorks as

37、a driver or kernel module in the guest OSoFrom the guest OSs view:nJust allocate or release memory pagesoTo decrease memory allocation:nApply for memory pages from guest OSnThose pages are then returned to hypervisoroTo increase memory allocation:nFree those allocated pagesoThe amount to increase/de

38、crease is typically specified manually952022/12/11本地调整：气球技术（ballooning）962022/12/11REMOCA:Hypervisor Remote Disk CacheoMotivationnTo improve paging performance for memory-intensive or I/O-intensive workloads by utilizing free memory resource on another physical machineoSolutionnThe remote memory pla

39、ys the role of a storage cache between a VMs virtual memory and its virtual disk devices.oIn most cases,the network latency is much lower than the disk latency(12 magnitude)972022/12/11REMOCA:The design of REMOCAnLocal Module:a ghost buffernREMOCA is an exclusive cachenRemote Module:the memory servi

40、ce992022/12/11Summary of REMOCAoREMOCA can efficiently alleviate the impact of thrashing behavior,and also significantly improve the performance for real-world I/O intensive applications.Remote cache size:768MB1012022/12/11On-going Work With REMOCAoExtended client-server modelnEvery machine cane be

41、a serveroThrough memory prediction and local balancing to create remote memory pooloCoordinate with local balancing and migration1022022/12/11虚拟机在线迁移资源不够资源不够该迁移了该迁移了到我这里来吧到我这里来吧我有资源我有资源停机时间非常短停机时间非常短终端感觉不出来终端感觉不出来终端终端1032022/12/11Migration StrategyoSystem State MigrationoFor share storage VM,most ti

42、me on memory copynTypically use pre-copy algorithm(NSDI05)oPre-copy memory pagesoIteratively copy dirty pages in the last iterationoStop VM and copy remaining pagesoResume destination VM1042022/12/11本地调整系统设计VM1MonLRU Hist.LRU Hist.ControllerbalancerestimatorVMMdatastoreinflate/deflateMonVM21052022/1

43、2/11DaCapo+186.crafty：Memory AllocationVM1和和VM2均只均只分配分配214MB内存内存1062022/12/11DaCapo+186.crafty：Performance Comparison1.55 speedup for DaCapo4%slow down for 186.crafty1072022/12/11DaCapo+SPEC Web：Memory Allocation1082022/12/11DaCapo+SPEC Web：Performance Comparison1092022/12/11另一组结果Two VMs on one host

44、:VM1:470.lbm VM2:433.milcBaseline:700 MB Memory/VM2.963.562022/12/11110o优先本地调整o什么时候迁移？n不迁o如果内存缺乏持续时间长，则性能很差n资源不够，马上迁o如果内存缺乏持续时间不长，则性能差n租雪橇算法o通过预测迁移时间和“内存需求时间趋势”决定是否迁移o目前尚不能预测需求持续时间在线迁移的策略2022/12/11111Estimate Migration TimeMIGRATION_TIME_ESTIMATION(M)BEGINp M 需要拷贝的页面。初始所有的机器页面都需要拷贝需要拷贝的页面。初始所有的机器页面都

45、需要拷贝 t 0 预测迁移时间预测迁移时间 c 0 循环拷贝次数循环拷贝次数REPEATtt+p/n本次循环拷贝所需时间，本次循环拷贝所需时间，n为网络传输带宽为网络传输带宽ppw 脏页率脏页率cc+1UNTIL p C P,C是是VMM设定的阈值设定的阈值tt+p/n拷贝最后一批页面所需时间拷贝最后一批页面所需时间 END2022/12/11112Migration Time Prediction Results2022/12/11113o您到一个滑雪圣地度假滑雪，但您不知到要玩多少天n租雪橇每天100元n买雪橇1000元o决策问题：第i天，租还是买？o持平算法n租九天，如果第10天还滑，就

46、买n最坏情况，多花了90o迁移决策n内存紧缺持续时间接近迁移时间时，迁移租雪橇算法2022/12/11114实验结果o两台物理机H1、H2oH1运行一台虚拟机（SPEC JBB），H2空闲2022/12/11115实验结果2022/12/11116Host 1Host 2Host 3总结o系统虚拟化技术n去耦合、灵活性、动态资源调配n降低云计算数据中心的成本n提高服务质量o计算机系统底层的研究n软、硬件结合n理解计算机工作的本质n实验性强n难度大、周期长2022/12/11117相关的重要学术会议o对于计算机科学技术，在学术会议发表高水平论文和在期刊上同样重要，甚至更能得到同行的认可。o重要的学术会议nVEE、ASPLOS、SOSP、OSDInUSENIX ATC、HotOS、EuroSys、LISAnISCA、MICRO、HPCAnCGO、CC、ICS、SCnNSDI、FAST、ICDCS、SIGMETRICn2022/12/11118谢谢！谢谢！Q&ADiscussion罗英伟：罗英伟：