專利名稱：一種虛擬cpu調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種虛擬CPU調(diào)度方法，采用動態(tài)時間片和信用值，提升虛擬化平臺整體性能。
背景技術(shù)：
目前IT企業(yè)普遍存在下述問題(I)物理基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率低且成本日益攀升，根據(jù)市場調(diào)研公司國際數(shù)據(jù)公司(International Data Corporation, IDC)的報(bào)告，在IT企業(yè)典型的數(shù)據(jù)中心，物理基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率平均只有10%到15%，大部分計(jì)算機(jī)資源沒有得到充分利用；(2) IT資源管理、維護(hù)的成本不斷提高。虛擬化技術(shù)通過在物理硬件和操作系統(tǒng)之間插入ー個抽象層(虛擬機(jī)監(jiān)控器)，允許在單臺物理機(jī)上運(yùn)行多個虛擬機(jī)，即多個虛擬機(jī)共享同一臺物理機(jī)的資源，不同的虛擬機(jī)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序，從而提高了硬件的利用率和靈活性，降低了管理成本，同時增加了系統(tǒng)安全性和可擴(kuò)展性，因此虛擬化技術(shù)在IT企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。經(jīng)過多年的發(fā)展，CPU虛擬化與內(nèi)存虛擬化技術(shù)已日趨成熟，而IO虛擬化技術(shù)的發(fā)展卻相對滯后，影響了虛擬化平臺的整體性能，也限制了虛擬化技術(shù)的進(jìn)一歩推廣應(yīng)用。如何提高虛擬機(jī)的IO訪問性能，以及IO設(shè)備的利用率，是當(dāng)前虛擬化技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。目前，IO虛擬化技術(shù)的性能優(yōu)化思路主要是減少抽象層(虛擬機(jī)監(jiān)控器)引起的開銷，但虛擬CPU的調(diào)度對IO性能也具有重要的影響，信用值調(diào)度方法是目前在虛擬化平臺中應(yīng)用廣泛的ー種虛擬CPU調(diào)度方法，信用值調(diào)度方法為每ー個虛擬機(jī)設(shè)置權(quán)重和時間上限，某虛擬機(jī)權(quán)重占各虛擬機(jī)總權(quán)重的比例為該虛擬機(jī)的信用值，信用值決定該虛擬機(jī)占用處理器時間片的比例，而時間上限決定ー個虛擬機(jī)在每次調(diào)度中能夠占用處理器時間的最大值。信用值調(diào)度方法的缺點(diǎn)是在對響應(yīng)速度要求較高的應(yīng)用中，虛擬CPU響應(yīng)延遲與虛擬CPU在運(yùn)行隊(duì)列中的位置密切相關(guān)，當(dāng)運(yùn)行隊(duì)列較長吋，響應(yīng)延遲普遍較長且有較大的波動。針對上述問題，2008年，Diego Ongaro等人在《Scheduling I/O in VirtualMachine Monitors》一文中提出在信用值調(diào)度方法中添加突發(fā)(BOOST)狀態(tài)，處于突發(fā)狀態(tài)的虛擬CPU具有最高優(yōu)先級，當(dāng)虛擬CPU在空閑狀態(tài)時被事件喚醒吋，則進(jìn)入突發(fā)狀態(tài)，引起一次調(diào)度，在該次調(diào)度中，處于突發(fā)狀態(tài)的虛擬CPU搶占物理CPU，從而降低了 10延遲，見Proceedings of The fourth ACM SIGPLAN/SIGOPS internationalconference on Virtualexecution environments, 2008。然而，即使是添加了突發(fā)狀態(tài)的信用值調(diào)度方法也不區(qū)分虛擬機(jī)的應(yīng)用服務(wù)特征，仍然對所有虛擬CPU采用定長時間片進(jìn)行調(diào)度，使得虛擬機(jī)性能會因資源限制而受到影響，以太網(wǎng)光纖通道是ー種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于IT企業(yè)數(shù)據(jù)中心，對于此類對響應(yīng)速度要求高的應(yīng)用，現(xiàn)有的虛擬CPU調(diào)度算法并不適用。為了清楚地理解本發(fā)明，以下對本發(fā)明中所使用的術(shù)語進(jìn)行解釋物理CPU(PCPU):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中真實(shí)的CPU。虛擬機(jī)(Virtual Machine):指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在 Iv完全隔尚環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
虛擬化平臺是讓多個虛擬機(jī)可以在ー套物理硬件上安全運(yùn)行的軟硬件系統(tǒng)，目前提供虛擬化平臺的公司有微軟，思杰，威睿等。虛擬CPU (VCPU):虛擬化平臺分配給虛擬機(jī)的CPU?？臻e虛擬CPU(IDLE VCPU):用來占位的虛擬CPU，不完成實(shí)際工作，具有最低的優(yōu)先級負(fù)1，在每個物理CPU上均有ー個空閑虛擬CPU。運(yùn)行隊(duì)列當(dāng)具有多個物理CPU吋，每個物理CPU具有ー個運(yùn)行隊(duì)列，運(yùn)行隊(duì)列由在該物理CPU上運(yùn)行的虛擬CPU按照優(yōu)先級從高到低的順序組成。虛擬機(jī)監(jiān)控器運(yùn)行在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間抽象層，可允許多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享硬件，虛擬機(jī)監(jiān)控器為每臺IO設(shè)備建立相應(yīng)的IO請求隊(duì)列。Xen:是英國劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種虛擬化平臺，它和虛擬機(jī)密切結(jié)合，占用資源少，以高性能、占用資源少著稱。以太網(wǎng)光纖通道將光纖通道映射到以太網(wǎng)，可以將光纖通道信息插入以太網(wǎng)信息包內(nèi)，從而讓服務(wù)器和存儲設(shè)備之間的光纖通道請求和數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)連接來傳輸，而無需專門的光纖通道結(jié)構(gòu)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種虛擬CPU調(diào)度方法，解決現(xiàn)有虛擬CPU調(diào)度方法對所有虛擬CPU采用定長時間片進(jìn)行調(diào)度，使得虛擬機(jī)性能因資源限制而受到影響的問題。本發(fā)明所提供的一種虛擬CPU調(diào)度方法，包括如下步驟(I)初始化步驟，包括下述子步驟(1.1)將每個虛擬機(jī)的虛擬CPU信用值初始化，其中第i個虛擬機(jī)的第j個虛擬CPU信用值Cu為Cij = Ct X Wi/(ffT X Mi),其中，Ct為總信用值,Wt為總權(quán)重,Wi為第i個虛擬機(jī)的權(quán)重，由用戶設(shè)定，為正整數(shù)鷓為第i個虛擬機(jī)的虛擬CPU個數(shù)，由用戶設(shè)定，為小于P的整數(shù)；i = I V，虛擬機(jī)的總數(shù)V = I 100，j = I Mi，物理CPU的個數(shù)P = I 64 ;
權(quán)利要求
1.一種虛擬CPU調(diào)度方法，包括如下步驟 (1)初始化步驟，包括下述子步驟 (1.1)將每個虛擬機(jī)的虛擬CPU信用值初始化，其中第i個虛擬機(jī)的第j個虛擬CPU信用值CuS : Cij = Ct X Wi/(ffT X Mi)， 其中，Ct為總信用值，Wt為總權(quán)重，Wi為第i個虛擬機(jī)的權(quán)重，由用戶設(shè)定，為正整數(shù)；Mi為第i個虛擬機(jī)的虛擬CPU個數(shù)，由用戶設(shè)定，為小于P的整數(shù)；i = I V，虛擬機(jī)的總數(shù)V = I 100，j = I Mi，物理CPU的個數(shù)P = I 64 ;
2.如權(quán)利要求1所述的虛擬CPU調(diào)度方法，其特征在于所述運(yùn)行步驟中，所述隊(duì)首虛擬CPU在運(yùn)行過程中，發(fā)出IO請求后，IO請求被發(fā)送到虛擬機(jī)監(jiān)控器的相應(yīng)IO請求隊(duì)列，虛擬機(jī)監(jiān)控器執(zhí)行下述操作(1)判斷是否所有的IO請求隊(duì)列均為空，是則轉(zhuǎn)步驟(4)，否則轉(zhuǎn)步驟(2);(2)從第一個不為空的IO請求隊(duì)列開始，從隊(duì)首的IO請求中獲取產(chǎn)生IO請求的虛擬機(jī)以及所請求的設(shè)備，然后將該隊(duì)首的IO請求移除；(3)將產(chǎn)生IO請求的虛擬機(jī)的IO請求位圖中所請求的設(shè)備對應(yīng)的位置為“1”，轉(zhuǎn)步驟⑴；(4)休眠時間T。，轉(zhuǎn)步驟(I)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的虛擬CPU調(diào)度方法，其特征在于所述運(yùn)行步驟中，所述隊(duì)首虛擬CPU在運(yùn)行過程中，虛擬機(jī)監(jiān)控器喚醒虛擬化平臺中某虛擬CPU時，執(zhí)行下述操作(1)判斷喚醒是否由硬件的IO中斷引起，是則轉(zhuǎn)步驟(2)，否則轉(zhuǎn)步驟(3);(2)從硬件的IO中斷中，獲取目標(biāo)虛擬CPU，找到目標(biāo)虛擬CPU所屬的虛擬機(jī)及其IO 請求位圖，置該IO請求位圖中引起IO中斷的設(shè)備所對應(yīng)的位為1，進(jìn)行步驟(3)；(3)判斷目標(biāo)虛擬CPU信用值是否小于或者等于0，是則置目標(biāo)虛擬CPU優(yōu)先級為0，否則置目標(biāo)虛擬CPU優(yōu)先級為2;(4)從當(dāng)前物理CPU的運(yùn)行隊(duì)列隊(duì)首開始，比較目標(biāo)虛擬CPU的優(yōu)先級是否大于運(yùn)行隊(duì)列中的虛擬CPU優(yōu)先級，是則將目標(biāo)虛擬CPU插入運(yùn)行隊(duì)列中相應(yīng)虛擬CPU之前，否則順序往后比較，直至運(yùn)行隊(duì)列隊(duì)尾；轉(zhuǎn)所述更新虛擬CPU信用值步驟；虛擬機(jī)監(jiān)控器喚醒由下述兩種情況之一引起虛擬監(jiān)控器檢測到有硬件的IO中斷需要交給虛擬化平臺中某個目標(biāo)虛擬CPU處理，或者某個物理CPU上運(yùn)行的虛擬CPU給虛擬化平臺中另外一個目標(biāo)虛擬CPU發(fā)送事件。
全文摘要
一種虛擬CPU調(diào)度方法，屬于計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有虛擬CPU調(diào)度方法對所有虛擬CPU采用定長時間片進(jìn)行調(diào)度，使得虛擬機(jī)性能因資源限制而受到影響的問題。本發(fā)明包括初始化步驟、更新虛擬CPU信用值步驟、加入隊(duì)列步驟、選取運(yùn)行虛擬CPU步驟、處理IO請求位圖步驟和運(yùn)行步驟。本發(fā)明根據(jù)虛擬CPU運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置調(diào)度時間片，在調(diào)度虛擬CPU時，根據(jù)虛擬CPU所屬虛擬機(jī)的IO請求位圖以及調(diào)度時間片表的情況從而動態(tài)設(shè)置虛擬CPU的調(diào)度時間片，IO請求位圖反映了各虛擬機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，因此以CPU操作為主的虛擬機(jī)具有較小的切換開銷，而以IO操作為主的虛擬機(jī)具有較短的響應(yīng)延遲，從而能夠達(dá)到適用于多種不同應(yīng)用環(huán)境，滿足不同應(yīng)用服務(wù)類型需求的效果。
文檔編號G06F9/50GK103049332SQ20121052361
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者童薇, 馮丹, 劉景寧, 張炬, 李宇 申請人:華中科技大學(xué)