en虚拟机间的磁盘IO性能隔离

2012-07-13################2012-07-13######2#0#12-07-13########宋振华1,杨亚军2,31(中国科学技术大学计算机科学与技术学院,合肥230026)2(中国科学院计算技术研究所,北京110190)3(中国科学院研究生院,北京100039)E-mail:zhsong@mail.ustc.edu.cn摘要:针对当前的虚拟化技术无法使各个虚拟机平等地或按特定比例地共享磁盘带宽、无法保证虚拟机间的I/O性能隔离的问题,基于Xen半虚拟化技术中的块IO请求处理过程,提出一种适用于Xen虚拟机间的磁盘I/O性能隔离算法-XIOS(XenI/OScheduler)算法,在通用块层调度各虚拟机的块IO操作(bio结构),在I/O调度层保障延迟需求.实验结果表明该算法有效地在虚拟机间按比例地分配磁盘带宽.关键词:Xen;虚拟化;I/O性能隔离;磁盘带:TP316文献标识码:A文章编号:1000-1220(2011)08-1674-05DiskI/OPerformanceIsolationAmongXenVirtualMachinesSONGZhen-hua1,YANGYa-jun2,31(SchoolofComputerScienceandTechnology,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China)2(InstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofSciences,Bei激ng110190,China)3(GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Bei激ng100039,China)Abstract:Existingservervirtualizationtechnologycan'tguaranteethatvirtualmachinesequallyorproportionallysharediskI/Oband-widthandcan'tguaranteetheI/Operformanceisolationamongvirtualmachines.BasedontheblockIOprocessinXenpara-virtual-ization,thispaperproposedadiskI/OperformanceisolationalgorithmamongXenvirtualmachines-XIOS(XenI/OScheduler),whichreschedulesthebiosofallvirtualmachinesingeneralblocklayer,andguaranteeslatencyrequirementinI/Oschedulerlayer.ExperimentresultsshowthatXIOScanefficientlyandproportionallyallocatediskI/Obandwidthforvirtualmachines.Keywords:Xen;virtualization;I/OperformanceIsolation;diskbandwidth1引言比例地分配磁盘带宽,在I/O调度层改进现有的最后期限(Deadline)调度算法保障IO请求的延迟需求.与其它基于时间片或仅在I/O调度层实现的性能隔离方法相比,应用XIOS使按比例共享磁盘带宽的效果更加精确和高效.当前虚拟化技术正广泛应用于动态资源分配、效用计算、云计算等领域.在虚拟化环境中,每个虚拟机可以单独地为一个用户服务,每个用户都可以发出读写请求,共享磁盘带宽.在目前的Xen[1,6]半虚拟化技术中,所有虚拟机的块IO请求都被提交到物理设备的请求队列,在I/O调度层仍使用Linux中的I/O调度算法.这些调度算法并不区分请求是由哪个虚拟机发出的,若某个虚拟机在某段时间内读写请求过多,会影响其它虚拟机的请求处理.另一方面,用户必然不希望由于其它用户的读写操作影响到自己的IO请求响应速度,即需要满足各个虚拟机的SLO(servicelevelobjective)或者QoS(qualityofservice),主要包括吞吐量(Throughput)和延迟(Latency)需求.本文基于Xen中块IO的处理过程,设计并实现一种Xen虚拟机间按比例地共享磁盘带宽的方法-XIOS(XenI/OScheduler)调度算法,同时兼顾各个请求特定的延迟需求.通2相关工作几乎所有的磁盘I/O性能隔离算法都使用若干队列,各个进程或虚拟机实例的块IO请求先加到各自队列中,然后根据某些规则,提交这些队列中的若干请求,达到在各个实例间按一定比例地共享磁盘带宽的目的.如[2]中总结的,通常性能隔离方法可以分为两类.一是单纯地按比例的分配带宽方式,这类方法好处是可以做到磁盘带宽的公平分配,而且是"workconserving"的,即只要有请求在等待处理,资源就不会空闲.但也有几个缺点:首先需要一个存储系统性能模型来估计各类IO请求的服务时间,而一个存储系统的性能模型是很难得到的,需要复杂的数学模型和大量的实验数据,而且也不具备通用性;其次将吞吐量控制2012-过0在7通-用块1层3调#度#各#虚#拟#机#的##块##I#O#操#作(#bi#o结#构2)0实1现2按-0和7并不好.另一类是基于反馈的方法,通过探查磁盘带宽的空闲情况,避免第一类中对精确的存储系统性能模型的依赖,而且这种方法将...

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