多虚拟机系统HDD-SSD混合磁盘I/O调度及其性能优化研究
批准号:
61472109
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
蒋从锋
依托单位:
学科分类:
F0204.计算机系统结构与硬件技术
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
任祖杰、贾刚勇、周仁杰、叶正、游新冬、吴鸿远、杜炜、毛竞玲、余卓尔
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中文摘要
由于资源复用与服务聚合,磁盘I/O系统已成为多虚拟机系统的性能瓶颈。为提高虚拟化系统的磁盘I/O性能,同时兼顾系统成本,目前采用传统机械式硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)混合系统,其中SSD充当高速缓存或作为部分应用的专属存储,大容量HDD作为主要存储设备。由于HDD和SSD在性能、操作方式上的异构性,传统的面向单一的非虚拟化环境下的SSD或HDD的磁盘调度策略,无法适用于多虚拟机间磁盘I/O高度竞争的HDD-SSD混合磁盘。本课题根据虚拟化环境下HDD-SSD混合磁盘系统调度机理、负载模式及性能约束上的重大变化,研究虚拟机环境下HDD-SSD混合磁盘系统性能模型、性能、服务质量、公平性等指标联合约束的磁盘I/O调度策略、I/O性能优化与能耗优化方法。通过进行细粒度的HDD-SSD联合磁盘I/O调度和性能优化,提高多虚拟机系统的磁盘I/O性能和服务质量,同时进一步降低系统能耗。
英文摘要
The Disk I/O subsystem becomes as the bottleneck of massive virtualized systems due to resource multiplexing and services consolidation. Hybrid HDD-SSD storage is a promising solution to address this challenge. In Hybrid HDD-SSD systems, SSDs serve as Caches for traditional HDDs or dedicated storage for exclusive applications, while HDDs are base storage devices tradeofffing among the I/O performance gains and total cost of ownership. However, traditional disk I/O scheduling strategies fail in such virtualized Hybrid HDD-SSD systems because of the heterogeneity and difference in performance and I/O operations in HDDs and SSDs respectively. In this project we plan to investigate the disk I/O performance model, performance,fairness, and quality of service aware disk I/O scheduling strategies, I/O performance optimization, and energy optimization in virtualized Hybrid HDD-SSD systems. Through fine-grained co-scheduling of HDDs and SSDs, the I/O performance will be improved for mass virtual machines and their energy consumptions are also optimized.
虚拟化系统中,由于多个虚拟机共享相同的硬件资源,如CPU、磁盘与网卡等,在高并发情况下,硬件资源往往在多个客户虚拟机之间竞争,而磁盘系统往往会成为多虚拟机系统的性能瓶颈。HDD-SSD混合磁盘系统可以在一定程度上提高虚拟机系统的性能。本课题研究了虚拟机环境下HDD-SSD混合磁盘系统的性能模型及其调度策略、性能优化与能耗优化方法。通过分析大型数据中心典型负载特征,提出了响应的调度方法和原型系统。本课题完成的主要工作包括:(1)基于内存的虚拟机域间通信优化. 在虚拟机域间通信优化方面,通过内存页面共享 ,虚拟机间通信带宽比基于TCP/IP协议栈的通信速度提高2.5倍。(2)细粒度的内存页面合并与线程分组。提出的PUMA框架通过优化内存页面分配和线程组调度,减少系统内存竞争和干扰,在不同测试集上的性能提升达到了5.3%-14.1%,同时内存的缓存缺失率降低了6.8%-14.9%。(3)能效可感知的虚拟机调度。提出了能效比和能效等比性可感知的虚拟机调度框架EASE和算法,在多虚拟机系统上可以节省37.07%–49.98%的功耗,在同构虚拟化集群上计算密集型任务的执行时间仅增加0.31%–8.49%。在异构集群上计算密集型虚拟机的功耗可以降低44.22%.,同时任务完成时间节省53.80%。实验结果表明,本课题提出的虚拟机调度与性能优化方法,提高了虚拟机系统的性能和服务质量,降低了系统能耗,能够适用于大规模虚拟化数据中心。.目前,国内各个部门、各级政府以及大量的IT企业正在规划或建设大量的大规模虚拟化数据中心,然而,能效与性能问题已经成为大规模IDC系统亟待解决的首要关键问题,功耗/能耗的降低对于降低系统运行成本,提高系统可靠性具有重要意义,也是绿色计算主要要解决的问题。本课题的相关研究探索和成果,可以为相关研究和工程实现提供一定的参考。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Energy Aware Virtual Machine Scheduling in Data Centers
数据中心的能源感知虚拟机调度
DOI:10.3390/en12040646
发表时间:2019
期刊:Energies
影响因子:3.2
作者:仇烨亮;蒋从锋;汪玉美;欧东阳;李尤慧子;万健
通讯作者:万健
PUMA: From Simultaneous to Parallel for Shared Memory System in Multi-core
PUMA:多核共享内存系统从同步到并行
DOI:10.1007/s11265-015-1015-3
发表时间:2016
期刊:Journal of Signal Processing Systems
影响因子:--
作者:贾刚勇;石亮;Li Xi;Dai Dong
通讯作者:Dai Dong
PINE: Optimizing Performance Isolation in Container Environments
PINE:优化容器环境中的性能隔离
DOI:10.1109/access.2019.2900451
发表时间:2019-02
期刊:IEEE Access
影响因子:3.9
作者:Li Youhuizi;Zhang Jiancheng;Jiang Congfeng;Wan Jian;Ren Zujie
通讯作者:Ren Zujie
Power and QoS Aware Multi-level Resource Coordination and Scheduling in Virtualized Servers
虚拟化服务器中的电源和 QoS 感知多级资源协调和调度
DOI:10.14257/ijgdc.2016.9.11.27
发表时间:2016-11
期刊:International Journal of Grid and Distributed Computing
影响因子:--
作者:Congfeng Jiang;Jingling Mao;Dongyang Ou;Yumei Wang;Xindong You;Jilin Zhang;Jian Wan
通讯作者:Jian Wan
Energy efficiency comparison of hypervisors
虚拟机管理程序的能效比较
DOI:10.1016/j.suscom.2017.09.005
发表时间:--
期刊:Sustainable Computing-Informatics & Systems
影响因子:4.5
作者:蒋从锋;汪玉美;欧东阳;李尤慧子;张纪林;万健;Bing Luo;Weisong Shi
通讯作者:Weisong Shi
数据中心电力攻击检测技术研究
- 批准号:61972118
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:蒋从锋
- 依托单位:
多处理器计算系统能耗和服务质量约束的任务调度策略研究
- 批准号:61003077
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:蒋从锋
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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