随着虚拟化技术的流行,越来越多的学术机构和企业开始尝试将紧耦合的并行应用放到云端来运行。为了提高资源利用率,云平台中多个虚拟机通常被整合到单个物理机上运行,这种资源的过载现象会给在虚拟化环境下运行的并行应用造成很大的同步延迟,从而严重影响并行应用的性能。通过对虚拟化环境下不同类型并行应用性能进行分析,发现虚拟化环境下并行应用的同步开销主要有两种,分别是内核态的自旋锁延迟和用户态的屏障延迟。通过实验发现减小虚拟机的时间片能够显著降低并行应用的同步开销。另外,不同类型的并行应用在运行过程中有一个共同特征,即同步操作中忙等待时间的变化和缓存缺失率的变化之间存在一种负相关的关系,这恰好能够刻画出并行应用计算和通信阶段交替执行的运行时行为。基于并行应用阶段检测的时间片调度系统提供了一种在虚拟化环境下加速并行应用的方法。该系统在运行时通过缓存缺失率的变化来判断并行应用处于计算阶段或通信阶段,并可以根据不同阶段自适应地调节虚拟CPU的时间片,从而有效降低并行应用通信阶段的同步开销,同时使得计算阶段的密集执行不受影响。实验结果表明,对于运行在过载虚拟化环境下的不同类型的并行应用,相较于Xen默认的Credit调度器和其他一些代表性的调度策略,基于并行应用阶段检测的时间片调度系统可以使应用的性能达到1.25~70倍的提升。