基于多层嵌套虚拟化的云资源优化方案研究

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云计算实现了人们将计算能力作为服务的梦想,并有效地解决了用户本地计算资源受限,软、硬件维护成本过高等问题。然而在资源隔离的情况下,云服务器的空闲资源碎片将一直处于闲置状态,并且在租约到期前无法被其他云租户利用。随着租出的云服务器数量的不断增多,这些分散的资源碎片将导致巨大的资源浪费。如何高效地利用这些分散的资源片便成为了云计算所面临的一个重要挑战。在诸多技术中,虚拟化在提高硬件资源利用率方面性能表现出色。然而,传统虚拟化只允许虚拟机运行于实体物理机中,而由于云服务器本身即为虚拟机,传统虚拟化显现其技术瓶颈。嵌套虚拟化概念的提出打破了这一僵局。在软、硬件的支持下,其允许一个虚拟机系统运行于另一虚拟机系统。然而,现有的嵌套虚拟化结构在提高云资源利用率问题上并不能最大化地发挥其技术优势。本文通过对现有嵌套虚拟化结构的研究和改进,设计提出了一种适用于IaaS云服务模式下提高云服务器硬件资源利用率的综合应用方案。本文主要贡献总结如下:(1)设计了一种基于多层嵌套虚拟化的云资源优化方案。通过对传统嵌套虚拟化结构的改进,方案提出了一种新的多层嵌套虚拟化结构来有效地减少云环境下空闲资源碎片的数量,从而达到云资源利用效率的最大化;基于负载均衡思想,方案为嵌套云环境设计了一个新的任务分配算法。该算法能根据用户的实际需求制定合适的任务分配策略,从而能在提高云资源利用率的同时,达到任务处理效率和服务花销的折衷。上述成果已被EI源刊International Journal of Embedded Systems录用。(2)基于OpenStack技术在Linux环境下搭建了一套私有云平台,并在该云平台上完成了多层嵌套虚拟化结构的性能测试以及对所设计任务分配算法的仿真工作。实验结果表明,本文提出的方案设计合理,并且在嵌套虚拟机性能损耗合理的情况下,能有效地提高云资源的利用率。同时,本文设计的任务分配算法相较于传统的启发式分配算法和循环分配算法能分别节省18%和10%的服务花销。
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