28、虚拟化与分布式流处理技术解析

虚拟化与分布式流处理技术解析

一、I/O 虚拟化优化

在虚拟化环境中，I/O 虚拟化的性能优化至关重要。下面将介绍一些常见的优化方法。

1. 减少上下文切换开销
   • 通知机制优化 ：当缓冲区添加到环中时，会通知另一方。这种通知可以被屏蔽，以方便批量处理并减少上下文切换。例如，在某些系统中，通过合理设置通知屏蔽规则，能够将上下文切换的频率降低，从而提高系统整体性能。
   • 优化进程切换操作 ：Sugerman 等人对 VMware Workstation 中客户操作系统（Guest OS）的进程切换操作进行了修改。当切换到空闲任务时，由于空闲任务是内核线程，可以使用任何进程的页表，因此无需重新加载页表。这一优化将 MMU 导致的虚拟化开销削减了一半。
   • 绕过主机操作系统 ：Sugerman 等人还尝试通过绕过主机操作系统（Host OS）来优化 VMware Workstation。具体做法是让虚拟机监视器（VMM）直接访问硬件设备，避免了 VMM 和 Host OS 之间的上下文切换。像 VMware ESX Server 这样的全虚拟化系统就采用了这种方法。
2. 减少 TLB 和缓存缺失 ：上下文切换后会出现 TLB 缺失和缓存缺失的问题。Aravind Menon 等人对 Xen 中的 Guest OS 进行了增强，使其支持高级虚拟内存管理，如超级页和全局页映射，大大减少了上下文