云计算供应商能够及时准确地将云资源提供给客户,原因是云的体系架构具有强大的计算能力,通信能力和存储能力。虚拟化技术是云计算的体系架构中所使用的关键技术。它是在有限的物理资源的基础上,抽象地虚拟出多个相似特性的实体给更多的服务对象。传统的虚拟化指的是硬件的虚拟化。即在已经有的计算机硬件的基础上,尽可能地模拟硬件的功能,提供虚拟的硬件资源给服务的实体。近几年,虚拟化技术已经扩展到软件虚拟化领域。这些都为云的用户和租客获取充足的虚拟硬件和软件资源提供了一定的保证。近几年,随着云计算虚拟机的系统架构和网络架构复杂性的增加,以及云计算服务的规模和范围的扩大,如何更好地确保虚拟机个体在云计算中的服务质量成为目前云计算研究的一个重要课题。在研究该课题的过程中,本论文发现了以下问题:1.随着虚拟机内部运行很多的任务密集型和关键型的应用,它们会产生频繁的访存操作。因此虚拟机的内存必须有内存高可靠技术来保证其正常工作,否则一旦内存崩溃,与内存相关的所有访存操作都将终止。目前的虚拟机内存高可靠方案大多为通用性差,造价高的硬件方案。如何设计和实现一个通用的,性价比高的虚拟机内存高可靠方案成为本论文研究的第一个问题。2.在云计算中,单个虚拟机既有可能运行CPU密集型应用,又有可能运行GPU密集型应用。不同的应用必须及时地获取相应的CPU和GPU的资源,否则就有可能影响应用程序的性能。因此需要针对不同的多核资源进行有效的调度。目前的大多数调度策略都是针对单一种类处理器的调度方法。从而导致了调度同种一处理器的过程中过度占用另一种处理器的计算资源。本论文将对这一问题提出自己的解决方案。3.云计算的网络架构确保带宽按照客户虚拟机的付费情况进行分配。但是在实际的网络环境中,恶意虚拟机可以利用带宽分配策略在线路上随意增加连接数来增加自己所获取的带宽。因此,在分配过程中解决虚拟机带宽的恶意操纵问题是本文的第三个研究点。基于以上3个研究问题,本论文进行了以下的研究工作:1.本文实现了内存高可靠的体系架构kMemvisor。kMemvisor是基于Xen虚拟化中的直接页表和影子页表技术实现的软件定义的高可靠内存保障方案。kMemvisor可以提供系统层以及数据层的内存镜像,保证虚拟机监控器同步写镜像内存。2.本文提出了一个在GPU/CPU混合的多虚拟机环境下多核资源分配的架构vHybrid。它可以在云环境下有效地分配CPU资源和GPU资源给不同的密集型应用并且不需要修改客户机操作系统内核。vHybrid的调度器集成了开环控制算法和自适应控制算法用来调度CPU密集型资源;以及SLA感知算法用来调度GPU密集型资源。3.本文使用权点图来建模多虚拟机环境下的带宽的比例分配问题。并且提出了多虚拟机的网络带宽比例分配策略NetLoft。NetLoft包含2个策略:NetLoft-R用于虚拟机粒度的带宽的比例分配;NetLoft-G用于租客粒度的带宽比例分配。本文将这两种策略都模拟实现在传输控制协议的协议栈中。