虚拟机级别容错机制的性能分析与优化

发布时间：2025-05-04 22:09

　　随着云计算的不断发展,越来越多的用户将应用服务部署在云平台上。为了保证服务的高可用性,云提供商通常采用副本冗余的方式进行容错。虚拟化可通过封装应用程序并进行全系统备份的方式,实现应用服务的高可用性。目前,虚拟机容错机制已经成为了一个重要的研究课题。然而,现有的虚拟机容错机制仍然存在一些问题。第一,为了维护外部一致性,主从备份系统会遭受网络包的往返延迟,以及检查点同步等原因带来的性能影响。第二,由于不必要的CPU资源消耗,系统中的备份机会引入虚拟化环境中上下层不协调的双重调度问题。针对上述问题,本文提出了两个关键技术:1)网络包提前释放技术,2)活跃-半活跃虚拟机主从备份模型。前者通过分析输出的网络包是否由干净的内存区域组成,在不违背外部一致性的前提下,提前释放网络包并以此提升系统的性能。后者通过动态减少备份机中的活跃v CPU(虚拟CPU)数量,将活跃-活跃的主从备份模型转换为活跃-半活跃的模型,从而减缓双重调度的问题。本文的主要贡献由以下部分组成:1.本文深入研究现有的基于虚拟机级别的容错机制,发现系统性能存在的问题以及其原因。为了保护数据的完整性,现有的主从备份系统采用了网络包比较以...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-2延迟拷贝流程

图2-2延迟拷贝流程Fig2-2TheProcedureofPost-Copy我们能够看出，相比于预拷贝技术，延迟拷贝技术由于其按需拷贝内存的技术，需要通过网络请求将内存页从远端拷贝至备份虚拟机中，会导致在迁移之后启用的一段时间内的性能受到比较大的影响，甚至....

图3-1Remus和COLO处理用户请求流程

图3-1Remus和COLO处理用户请求流程Fig3-1TheprocedureofhandlinguserrequestsinRemusandCOLOCOLO处理用户的具体步骤如下：1.主虚拟机接收用户的请求，并且将请求推送到备份虚拟....

图3-2持锁抢占问题Fig3-2LockHolderPreemptionProblem

于COLO主从虚拟机活跃-活跃的模型，导致了备份虚拟机所在的物理机需要耗费额外的调度资源对vCPU进行调度管理，对于这样的情形，就很有可能会带来双重调度问题。在虚拟机环境下，客户机内核会在vCPU上调度用户进程，而下层操作系统则会负责将vCPU在对应的物理CPU....

图3-3Streamcluster的在不同CPU复用比下的性能表现Fig3-3ThePerformanceofStreamclusterinDifferent#vCPU/#pCPURate

件变量控制不同的线程之间在应用程序的不同阶段进行同步。由于信号量和变量在底层是通过IPI实现的，因此Streamcluster的性能在很大程度依赖PI的效率。双重调度问题产生的原因是虚拟机管理者CPU的调度队列过长，导致下层PU抢占行为影响上层的应用。我们用vC....

本文编号：4042882