[發(fā)明專利]虛擬化環(huán)境中動(dòng)態(tài)磁盤帶寬分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110199077.2
• 申請(qǐng)日: 2011-07-14
• 公開（公告）號(hào): CN102270104A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝夏;金海;王希斌;曹文治;柯西江;岑文峰;曹杰;趙璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/06
• 分類號(hào): G06F3/06
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于XEN虛擬化平臺(tái)以及磁盤IO子系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)現(xiàn)有XEN磁盤IO子系統(tǒng)的改進(jìn)方法，具體為一種虛擬化環(huán)境中動(dòng)態(tài)的磁盤帶寬分配方法，它綜合考慮IO服務(wù)請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)別和虛擬機(jī)的實(shí)際帶寬需求來動(dòng)態(tài)分配帶寬，為虛擬機(jī)提供磁盤帶寬資源的服務(wù)質(zhì)量保證，并提高磁盤帶寬的資源利用率。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，單個(gè)PC機(jī)或者服務(wù)器的服務(wù)處理能力也在成倍增長(zhǎng)，通過虛擬化技術(shù)，可以在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行Linux，Windows等不同的操作系統(tǒng)，虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)服務(wù)器的整合，將各種應(yīng)用服務(wù)聚合在一起，從而提高各種軟硬件資源的利用率，并能節(jié)約大量的IT成本，提高企業(yè)數(shù)據(jù)的安全性和管理效率。隨著虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬化技術(shù)作為一種資源的管理方案，已被廣泛地應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心，分布式計(jì)算等環(huán)境中。

隨著硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步以及虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶會(huì)在一臺(tái)物理機(jī)上部署更多的虛擬機(jī)，在其上運(yùn)行更多的應(yīng)用程序。同時(shí)，這些應(yīng)用程序的類型也多種多樣，例如計(jì)算密集型，IO密集型，時(shí)延敏感型等。不同類型的應(yīng)用程序，它們對(duì)系統(tǒng)的資源需求也不相同：計(jì)算密集型的程序需要更多的CPU資源，IO密集型需要更多的IO資源，時(shí)延敏感型需要優(yōu)先獲得請(qǐng)求資源。因此，每個(gè)虛擬機(jī)的IO帶寬需求各不相同。并且，虛擬機(jī)中運(yùn)行的不同服務(wù)程序，不同的服務(wù)程序其優(yōu)先級(jí)別也不同，對(duì)應(yīng)的IO服務(wù)權(quán)重也不同。另外，各個(gè)虛擬機(jī)中的應(yīng)用程序類型是在不斷發(fā)生變化的。而目前的XEN虛擬平臺(tái)中，對(duì)于IO資源(包括磁盤帶寬資源)是一種完全公平的帶寬分配策略，即將總帶寬平均分配給虛擬機(jī)。因此，我們無法根據(jù)應(yīng)用程序的IO服務(wù)權(quán)重和實(shí)際帶寬需求為虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)地分配帶寬。這里的優(yōu)先級(jí)別和IO服務(wù)權(quán)重由管理員人為設(shè)定，設(shè)定的原則為虛擬機(jī)中應(yīng)用程序的優(yōu)先級(jí)別越高，該虛擬機(jī)對(duì)應(yīng)的IO服務(wù)權(quán)重也越大。

如圖1所示，在XEN虛擬化平臺(tái)下，客戶虛擬機(jī)利用XEN提供的事件通道，授權(quán)表，IO設(shè)備環(huán)等機(jī)制，通過前端的虛擬塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)(以下簡(jiǎn)稱VBD)與位于特權(quán)虛擬機(jī)的后端VBD通信，而在特權(quán)虛擬機(jī)里，后端驅(qū)動(dòng)將客戶虛擬機(jī)的IO請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給本地驅(qū)動(dòng)，本地驅(qū)動(dòng)通過Linux中的IO調(diào)度程序，將IO請(qǐng)求遞交給實(shí)際的磁盤驅(qū)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)磁盤的IO請(qǐng)求服務(wù)。在該體系結(jié)構(gòu)下，所有客戶虛擬機(jī)的IO請(qǐng)求都是通過特權(quán)虛擬機(jī)中產(chǎn)生的一個(gè)后端驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生守護(hù)進(jìn)程來轉(zhuǎn)發(fā)的，這些進(jìn)程與特權(quán)虛擬機(jī)中的普通IO進(jìn)程并無區(qū)別，因此客戶虛擬機(jī)獲得IO帶寬會(huì)受到特權(quán)虛擬機(jī)中其他進(jìn)程的影響。另外，在特權(quán)虛擬機(jī)中磁盤的調(diào)度算法為“CFQ(完全公平隊(duì)列)”算法，所有IO進(jìn)程公平分配磁盤帶寬，因此各個(gè)虛擬機(jī)獲得的磁盤帶寬基本相同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種虛擬化環(huán)境中動(dòng)態(tài)磁盤帶寬分配方法，該方法為不同優(yōu)先級(jí)別的虛擬機(jī)提供多等級(jí)的磁盤服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證，通過指定各個(gè)虛擬機(jī)具體的服務(wù)優(yōu)先級(jí)別或權(quán)重，減少各個(gè)虛擬機(jī)磁盤IO服務(wù)的相互影響，提高虛擬機(jī)的隔離性。

本發(fā)明提供的一種虛擬化環(huán)境中動(dòng)態(tài)磁盤帶寬分配方法包括下述步驟：

(1)初始化時(shí)，在后端驅(qū)動(dòng)處為每個(gè)虛擬機(jī)的IO設(shè)備環(huán)分配一個(gè)令牌桶，并根據(jù)各個(gè)虛擬機(jī)的服務(wù)優(yōu)先級(jí)別和權(quán)重分配相應(yīng)的令牌數(shù)，同時(shí)為所有的虛擬機(jī)配備一個(gè)公用令牌桶，其初始令牌數(shù)為零，設(shè)t為最近一次分配令牌的時(shí)間，記錄初始化分配時(shí)間t的值；

(2)各個(gè)虛擬機(jī)的前端驅(qū)動(dòng)接收來自客戶虛擬機(jī)上層應(yīng)用程序的磁盤IO讀寫請(qǐng)求；

(3)前端驅(qū)動(dòng)將IO請(qǐng)求放置在各個(gè)虛擬機(jī)的IO設(shè)備環(huán)中，并通知后端驅(qū)動(dòng)；

(4)當(dāng)各個(gè)客戶虛擬機(jī)通過后端代理進(jìn)程(在特權(quán)虛擬機(jī)即后端中，每個(gè)客戶虛擬機(jī)都對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程作為代理來請(qǐng)求磁盤IO服務(wù))從其IO設(shè)備環(huán)上讀取IO請(qǐng)求并向后端驅(qū)動(dòng)遞交IO請(qǐng)求時(shí)，判斷該虛擬機(jī)對(duì)應(yīng)的令牌桶是否為空，若為空，則轉(zhuǎn)至步驟(5)；否則根據(jù)IO請(qǐng)求的大小計(jì)算該IO請(qǐng)求所消耗的令牌數(shù)，然后從該虛擬機(jī)的令牌桶中減去相應(yīng)的令牌數(shù)，并將IO請(qǐng)求遞交給后端驅(qū)動(dòng)處理，轉(zhuǎn)至步驟(7)；

(5)判斷公用令牌桶是否為空，若為空，則轉(zhuǎn)至步驟(6)，否則，根據(jù)IO請(qǐng)求的大小計(jì)算其消耗的令牌數(shù)，從公用令牌桶減去相應(yīng)的令牌數(shù)，并將IO請(qǐng)求遞交給后端驅(qū)動(dòng)處理，轉(zhuǎn)至步驟(7)；

(6)阻塞其IO請(qǐng)求，轉(zhuǎn)至步驟(9)；

(7)后端驅(qū)動(dòng)將IO請(qǐng)求遞交給本地驅(qū)動(dòng)，本地磁盤驅(qū)動(dòng)訪問真實(shí)的磁盤設(shè)備，IO請(qǐng)求得到服務(wù)；

(8)后端驅(qū)動(dòng)通知前端驅(qū)動(dòng)IO請(qǐng)求服務(wù)完成，前端驅(qū)動(dòng)向客戶虛擬機(jī)報(bào)告IO操作完成；