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系統識別號 U0002-2508201316445700
中文論文名稱 應用快取記憶體提高即時遷移虛擬機器之效能
英文論文名稱 The effect of Cache-Improving of Live Migration for Virtual Machines
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 陳莊智
研究生英文姓名 Chuang-Chih Chen
學號 799440242
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2013-07-16
論文頁數 42頁
口試委員 指導教授-李維驄
委員-李維聰
委員-朱國志
委員-吳廷育
中文關鍵字 快取(Cache)  即時遷移( Live Migration)  預先複製(Pre-copy)  後複製(Post-copy) 
英文關鍵字 Cache  Live Migration  Pre-copy  Post-copy 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 雲端運算是一種透過網際網路技術將服務提供給外部使用者,能夠很方便的隨著使用者需要做存取設定的一種模式。虛擬機器(virtual machine)常用於雲端系統中,當系統遷移時,可以利用虛擬機器做即時遷移,即時遷移是虛擬機器的重要功能之一,即時遷移的停機時間長短更是使用者評估虛擬機器效能的重要指標,因此本研究試圖縮短虛擬機器在即時遷移的停機時間。本研究在虛擬機遷移過程中加入快取(cache)作為改善技術,以期待達到解決高停機時間及高總遷移時間的問題。
本研究針對虛擬機即時遷移,提出三條路徑分支,一個是Pre-Copy分支,另一個是Post-Copy分支,第三個是Post-Copy&Pre-Copy分支;先進行第一次的pre-copy,疊代傳送快取資料更新至記憶體(memory),根據疊代記憶體的變化量來判斷接下來的路徑。若記憶體變化量小於10%,則進行路徑一;記憶體變化量介於10%~50%則進行路徑二;記憶體變化量大於50%則進行路徑三。
本篇論文利用模擬所產生的結果可以讓我們知道,路徑一及路徑三無明顯差異,路徑二當在相同疊代條件下,效能有明顯提升。應用快取是可以提高即時遷移虛擬機器之效能。迴路之改善總共提供三種路徑(路徑一、路徑二、路徑三)方式;當即時遷移開始時,第一次Pre-Copy疊代後,進入記憶體的變化量之判斷式,依照記憶體變化量之上下限值,來選擇相對應執行路徑,根據最後模擬數據,即可以提高即時遷移之效能。
英文摘要 Cloud computing is kind of model which can provide external users service through internet and be easily accessed by users. VM(virtual machine) is commonly used in the cloud system. Live Migration is one of the important functions of virtual machine which can be used while system migrates. The downtime of Live Migration is the important target while users evaluate the performance of Virtual Machine. In this research, we try to reduce the downtime of Virtual Machine while it migrates. In the process of virtual machine migrates, we add CACHE as improving technique to resolve the problem of high downtime and high total migration time.
In this research, we present three paths branch for the Live virtual machine migration of VM. The first one is the Pre-Copy branch. The second one is Post-Copy branch, and the third one is the Post-Copy & Pre-Copy branch. In the first time pre-copy, we will send cache information by iteration to update the RAM and determine the next patch in according to the change amount of RAM. If the memory change amount is less than 10%, we will carry on the first branch. If the memory change amount is between 10% to 50%, we will carry on the second branch. If the memory change amount is more than 50%, we will carry on the third branch.
According to the result of this research, we understand that there is no obvious difference between the first and the third branch. Under the same condition of iteration, the efficacy will improve obviously by the second branch. In other words, cache application can improve the performance for live virtual machine migration. We provide three branches for loop improvement. While live migration starts, after the first time iteration, we start to judge the change amount of the RAM. According to the upper and lower limits of the memory change amount, we choose the corresponding execution path accordingly to improve the effectiveness of live virtual machine migration.
論文目次 第一章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1 前言………………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的…………………………………………3
1.3 論文章節架構………………………………………………4
第二章 相關研究……………………………………………………………………5
2.1 虛擬機器………………………………………………………5
2.1.1 虛擬化技術………………………6
2.1.1.1 全虛擬化………6
2.1.1.2 半虛化……………7
2.2 虛擬機器的遷移……………………………………………8
2.2.1 非即時遷移………………………9
2.2.2 即時遷移…………………………10
2.3 即時遷移技術………………………………………………10
2.4 快取…………………………………………………………………15
第三章 系統架構與分析…………………………………………………………30
3.1 系統架構…………………………………………………………30
3.2 系統分析…………………………………………………………32
第四章 範例說明與分析…………………………………………………………34
4.1 範例一……………………………………………………………34
4.2 範例二……………………………………………………………35
4.3 範例三……………………………………………………………37
4.4 相關數據比較分析………………………………………37
第五章 結論與未來展望…………………………………………………………40
5.1 結論…………………………………………………………………40
5.2 未來與展望……………………………………………………40
參考文獻 ……………………………………………………………………………41

圖目錄
圖2.1虛擬機器分類……………………………………………………………5
圖2.2全虛擬化架構圖………………………………………………………7
圖2.3半虛擬化架構圖………………………………………………………8
圖2.4動態遷移三階段示意圖…………………………………………11
圖2.5常見的動態遷移技術示意圖…………………………………12
圖2.6預先複製的四個步驟………………………………………………14
圖2.7 cache在電腦系統之位置關係圖………………………16
圖2.8 cache的基本結構圖……………………………………………17
圖2.9 cache的工作原理圖……………………………………………20
圖2.10序列查看………………………………………………………………21
圖2.11平行查看………………………………………………………………21
圖2.12寫回………………………………………………………………………22
圖2.13寫入………………………………………………………………………23
圖2.14直接對映………………………………………………………………27
圖2.15完全關聯對映………………………………………………………28
圖2.16集合關聯對映………………………………………………………29
圖3.1快取融入虛擬機系統動態遷移過程……………………31
圖3.2系統設計流程示意圖………………………………………………32
圖4.1 Cookies動作原理步驟圖…………………………………34

表目錄
表4.1無負載數據結果………………………………………………………38
表4.2 I/O數據結果…………………………………………………………38
表4.3 Memory數據結果…………………………………………………39
參考文獻 [1]楊博鑑,"以雲端虛擬化為例探討即時遷移應用",台北城市科技大學電子商務研究所,2012年6月。
[2] Smith, J.E.; Ravi Nair “The architecture of virtual machines,” Computer, Volume 38, Issue 5, May 2005 Page(s): 32-38
[3]D.Z.Blog,"動態遷移原理與詳解", http://findman.blog.51cto.com/438315/260748
[4] E. Anderson, M. Hobbs, K. Keeton, S. Spence, M. Uysal,and A. Veitch.Hippodrome: running circles around storage administration. In Proceedings of the First Usenix Conference on File and Storage Technologies(FAST), January 2002.
[5] D. Milojicic, F. Douglis, Y. Paindaveine,
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[6]王選豪," 以混合式複製遷移技術提高虛擬機器即時遷移之效能",大同大學資訊工程研究所碩士論文,中華民國101年1月。
[7] Jacob G. Hansen and Asger K. Henriksen. Nomadic operating systems. Master's thesis, Dept. of Computer Science, University of Copenhagen, Denmark, 2002.
[8]江雪、李小勇,"虛擬機動態遷移的研究",計算機應用,vol.28,no.9,pp.2375-2385,2008年9月。
[9]鄧亞平、陳昌志,"微型計算機接口技術",清華大學出版社,西元2005年。
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