虛擬化環(huán)境中的內(nèi)存資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)研究

謝慧

摘 ? 要：數(shù)據(jù)信息量的爆炸式上升促使存儲(chǔ)設(shè)備的容量愈來(lái)愈大，如何高效地開(kāi)展存儲(chǔ)管理成為飽受重視的問(wèn)題。與此同時(shí)，監(jiān)管疏忽的問(wèn)題也愈發(fā)明顯，數(shù)據(jù)資源的爆炸性增加與監(jiān)管能力的相對(duì)缺乏間的沖突越發(fā)尖銳。在廣域網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，一方面大量存儲(chǔ)資源長(zhǎng)久空置或者被低效能使用，而另一方面也有大量用戶的儲(chǔ)存需求不能獲得滿足，進(jìn)而存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)應(yīng)然而生。存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)有著存儲(chǔ)資源使用率高、可以屏蔽物理裝置異構(gòu)性、內(nèi)存資源監(jiān)管靈巧等優(yōu)勢(shì)，提供大容量、高效能動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)存虛擬化 ?內(nèi)存 ?動(dòng)態(tài)管理

中圖分類號(hào)：TP3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0124-02

1 ?研究背景

于現(xiàn)代信息中心，虛擬化技術(shù)與資源監(jiān)管、客戶端整合、提升資源使用率等領(lǐng)域展現(xiàn)了極大的作用，現(xiàn)已成為云計(jì)算框架中的重要技術(shù)支撐。在虛擬的環(huán)境中，若要確保高資源使用率與系統(tǒng)效能，就必須有一個(gè)高效能的內(nèi)存資源的管理技術(shù)，從而使得虛擬機(jī)的物理內(nèi)存能夠適應(yīng)程序?qū)τ趦?nèi)存需求的不斷變化。同時(shí)，數(shù)據(jù)資源的快速上升還對(duì)于儲(chǔ)存系統(tǒng)的穩(wěn)定性與擴(kuò)展性提出了考驗(yàn)，大量信息與計(jì)算能力的分布，迫切需要在儲(chǔ)存虛擬機(jī)當(dāng)中提供內(nèi)存資源動(dòng)態(tài)監(jiān)管技術(shù)。所以，如何在信息中心內(nèi)開(kāi)展內(nèi)存資源的靈活調(diào)整，就成為一個(gè)決定性的問(wèn)題。

2 ?研究?jī)?nèi)容

2.1 內(nèi)存動(dòng)態(tài)調(diào)配

依據(jù)內(nèi)存工作設(shè)置的預(yù)判結(jié)果，我們可以在單獨(dú)的主機(jī)內(nèi)進(jìn)行及時(shí)的虛擬機(jī)內(nèi)存分派，接著更進(jìn)一步使用遠(yuǎn)程緩存系統(tǒng)與虛擬機(jī)在線遷移系統(tǒng)把本地內(nèi)存調(diào)配拓展到信息中心，以此提升總體系統(tǒng)的內(nèi)存使用率。

2.2 基于遠(yuǎn)程緩存的多機(jī)內(nèi)存資源調(diào)配

現(xiàn)代信息中心的服務(wù)器均是千兆以太網(wǎng)甚至于更加快的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)聯(lián)網(wǎng)，但是磁盤(pán)訪問(wèn)的延遲要比網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t高很多，因此這為我們提供了一個(gè)緩解虛擬機(jī)頁(yè)面抖動(dòng)的方法，即遠(yuǎn)程硬盤(pán)緩存。

2.3 全局內(nèi)存管理

我們研發(fā)了一個(gè)全局內(nèi)存管理器來(lái)調(diào)解信息中心的各個(gè)服務(wù)器的存儲(chǔ)器需求及供應(yīng)，每臺(tái)主機(jī)上的內(nèi)存預(yù)測(cè)器可以實(shí)時(shí)感知本地的存儲(chǔ)器需求。全局調(diào)配器會(huì)定時(shí)詢查每一個(gè)主機(jī)，一旦詢查到某個(gè)主機(jī)出現(xiàn)內(nèi)存負(fù)載過(guò)大，便會(huì)尋找另外一臺(tái)有充足空余內(nèi)存的服務(wù)器用作遷移目標(biāo)機(jī)器從而引起遷移，進(jìn)而使信息中心的內(nèi)存資源獲得最大化的采用。

3 ?虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為提高信息中心的效能，降低云計(jì)算服務(wù)商的實(shí)際成本，必須對(duì)云數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)展開(kāi)監(jiān)控，因此，建開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)OpenStack并且融合此前提請(qǐng)的虛擬機(jī)監(jiān)控機(jī)制，研發(fā)、搭建并對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心展開(kāi)VDMCloud監(jiān)控系統(tǒng)部署。

3.1 VDMCloud的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)VDMCloud的整體框架和各組件間邏輯關(guān)系如下圖所示。VDMCloud主要涵蓋界面展現(xiàn)，資源監(jiān)測(cè)，引發(fā)遷移，虛擬機(jī)選取，存放路徑選取，遷移操控等主要組件。

3.2 界面展示模塊

VDMCloud的用戶界面是一個(gè)根據(jù)JavaWeb的界面，它是使用者認(rèn)識(shí)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的接口。透過(guò)該視覺(jué)化界面，使用者可以便捷的獲取云信息中心運(yùn)算結(jié)點(diǎn)資源使用訊息與SLA違反次數(shù)、電力消耗、平均資源使用率以及資源平穩(wěn)信息;使用者也能夠透過(guò)該界面獲取運(yùn)算結(jié)點(diǎn)上運(yùn)轉(zhuǎn)的虛擬機(jī)的資源選用數(shù)據(jù)。

3.3 資源監(jiān)控模塊

服務(wù)器引發(fā)遷移最初應(yīng)展開(kāi)主機(jī)狀況檢驗(yàn)，因此VDMCloud需設(shè)置資源監(jiān)控組件。本組建負(fù)責(zé)獲得運(yùn)算結(jié)點(diǎn)服務(wù)器以及虛擬機(jī)存儲(chǔ)信息、CPU以及網(wǎng)絡(luò)資源利用信息。運(yùn)行在OpenStack平臺(tái)當(dāng)中每個(gè)運(yùn)算結(jié)點(diǎn)，與此同時(shí)對(duì)于運(yùn)算結(jié)點(diǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)在該服務(wù)器上的虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。

3.4 虛擬機(jī)選擇模塊

觸發(fā)遷移組件決策服務(wù)器引發(fā)遷移之后，需要由虛擬機(jī)選取組件從運(yùn)行在該運(yùn)算結(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)中選取要遷移的虛擬機(jī)，并且向全局監(jiān)管系統(tǒng)發(fā)布遷移要求。虛擬機(jī)選擇組件透過(guò)資源監(jiān)視系統(tǒng)獲得的虛擬機(jī)使用數(shù)據(jù)記錄，通過(guò)虛擬機(jī)選擇機(jī)制獲取到需遷移的虛擬機(jī)。

4 ?技術(shù)設(shè)計(jì)框架

平臺(tái)的邏輯框圖如圖1所示。下層物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)施是整個(gè)研究平臺(tái)的內(nèi)核所在，它以一系列的虛擬結(jié)點(diǎn)為主體設(shè)備，通過(guò)交換機(jī)相互連接組建而成，為提高整體利用效率，通過(guò)對(duì)資源分配流程進(jìn)行整體改進(jìn)，讓高速交換機(jī)連接所有的軟硬件虛擬路由器，這樣便使虛擬節(jié)點(diǎn)相互間形成了一條物理鏈路。

5 ?結(jié)語(yǔ)

高效率的虛擬化信息中心需要高效的資源管理策略，本研究基于內(nèi)存資源管控，并重點(diǎn)研究了通過(guò)內(nèi)存資源動(dòng)態(tài)管控解決數(shù)據(jù)中心內(nèi)存資源利用效率低的問(wèn)題。理想的內(nèi)存資源調(diào)節(jié)必須使虛擬機(jī)的可用物理存儲(chǔ)器可以符合應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)器需求，所以，率先必需一個(gè)準(zhǔn)確的在線內(nèi)存預(yù)測(cè)器。結(jié)合之前的工作，我們實(shí)行了一系列的改進(jìn)舉措，于不阻礙預(yù)測(cè)器精確度的前提下盡量減少了系統(tǒng)開(kāi)支。我們通過(guò)硬件計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行WSS監(jiān)控，另外也提升了LRU鏈表的信息架構(gòu)，從而形成了一個(gè)精準(zhǔn)的內(nèi)存需求預(yù)測(cè)系統(tǒng)。并且把系統(tǒng)開(kāi)支掌控于非常少的區(qū)域內(nèi)。除此之外，依據(jù)內(nèi)存負(fù)荷的時(shí)限長(zhǎng)度，我們研發(fā)了兩種多機(jī)內(nèi)存資源調(diào)整策略：遠(yuǎn)程內(nèi)存方針與虛擬機(jī)遷移策略。

首先根據(jù)先期預(yù)測(cè)對(duì)遠(yuǎn)程內(nèi)存策略進(jìn)行了分析，在此策略下所有的物理機(jī)邏輯通通對(duì)等，具有充足內(nèi)存的服務(wù)器充當(dāng)內(nèi)存服務(wù)器，并且隨著存儲(chǔ)活動(dòng)的變化來(lái)動(dòng)態(tài)修改角色。一旦出現(xiàn)內(nèi)存負(fù)載變，便會(huì)立即展開(kāi)遠(yuǎn)程內(nèi)存策略。用戶機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)采用遠(yuǎn)程內(nèi)存服務(wù)器的內(nèi)存減輕內(nèi)存壓力。

其次，對(duì)于如何確認(rèn)全局內(nèi)存分配策略展開(kāi)了討論。于目前的運(yùn)用情節(jié)當(dāng)中，我們絕不能預(yù)測(cè)需求持續(xù)時(shí)間，一旦虛擬機(jī)資源欠缺時(shí)，便啟動(dòng)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器。但遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器的效能仍然難以和本地內(nèi)存相比，若內(nèi)存持續(xù)負(fù)荷，則應(yīng)啟用虛擬機(jī)遷移，并且這兩個(gè)流程的目標(biāo)服務(wù)器應(yīng)盡可能確保相似，透過(guò)重用遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器的成效來(lái)縮減遷移時(shí)限。但遠(yuǎn)程內(nèi)存開(kāi)啟的時(shí)限則是我們研究的重點(diǎn)，找到一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈撝?，能夠于較大水平上提高系統(tǒng)的內(nèi)存效能。

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