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《清华大学》 2011年
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虚拟机状态迁移和相变存储磨损均衡方法研究

杜雨阳  
【摘要】:新型技术不断涌现,其中:系统虚拟化技术在一台物理机上运行多台虚拟机,提高了资源分配的灵活性和使用效率;相变存储技术利用介质在不同相态的电阻差异存储数据,被认为是最有潜力的下一代存储技术。然而新技术在推广和使用中仍有不能很好解决的问题:数据中心的资源管理依靠高效的虚拟机动态迁移,如何降低总迁移时间和停机时间,并同时降低迁移数据量;如何保护虚拟机不受故障的影响,保证操作系统、应用和数据在系统失效后保持连续可用性;相变存储的存储单元只能进行有限次写访问,如何避免部分存储单元磨损失效而导致整个存储器损坏,并同时降低额外写访问开销。本文针对这些问题进行深入研究,分别提出了有效的解决方法。论文工作包括: (1)提出基于内存重写率的虚拟机动态迁移方法Microwiper。该方法在动态迁移中采取两个策略:有序传播根据虚拟机内存重写率调整脏内存的复制传输顺序;传输遏止通过实时测量可用网络带宽遏止具有最高内存重写率脏内存页的复制传输。Microwiper能有效减少动态迁移中的脏页数量(最多超过60%),降低总迁移时间和停机时间,提高动态迁移的效率。 (2)实现基于虚拟机状态迁移的失效转移系统Paratus。该系统将操作系统、应用和数据封装到一个虚拟机中,将受保护虚拟机的增量状态周期性地迁移到备份虚拟机。一旦受保护虚拟机发生失效而停止服务,备份虚拟机可以瞬时和无缝地接替受保护虚拟机继续运行,并且对终端用户不产生任何影响。 (3)提出相变存储矩阵磨损均衡。矩阵磨损均衡将存储块按地址顺序排列成矩阵,在每一列和每一行分别进行磨损均衡。通过从行和列两个维度进行地址重映射,每个逻辑地址都可以高效且快速地映射到任意物理地址。矩阵磨损均衡有效地实现了抗不均衡写访问、抗恶意写攻击和降低磨损均衡引起的额外写访问开销等目标。 (4)提出相变存储多路磨损均衡。多路磨损均衡将逻辑地址空间分成多个逻辑子地址空间,从多个逻辑子空间同时进行地址重映射,并且任意逻辑地址都能被映射到任意物理地址。多路磨损均衡只进行一级地址映射,因此减少了访问延时并降低了硬件复杂度,同时在额外写访问开销很小的情况下实现高效和充分的磨损均衡,从而最大程度地提高了相变存储的有效使用寿命。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP302;TP333

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