[發明專利]管理虛擬機器監視器中超級調用的裝置與方法及其監視器

有效

• 申請號: 201110372982.3
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102789395A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 姜瑞豪;潘穎軒;李翰林;曹伯瑞
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46;G06F9/455
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術領域

本發明涉及一種管理虛擬機器監視器(hypervisor)中超級調用的裝置與方法以及虛擬機器監視器。

背景技術

在傳統的操作系統如Linux操作系統(OS)中，用戶級程序藉由使用系統調用來請求系統服務。類似地，在一般稱為虛擬機管理器或監視器(virtual?machine?manager?or?monitor，VMM)如Xen的虛擬機器監視器中，一虛擬計算機OS(guest?OS)是使用超級調用來請求虛擬機器監視器提供的服務。為了簡化虛擬機器監視器的設計，Xen把所有的設備驅動程序和所指定的重要系統幕后程序(daemon)放入一個特殊的特權域(privileged?domain)，稱為域0。因為在Xen虛擬機器監視器的空間里沒有線程(thread)的支持，對系統幕后程序的運行來說，域0是唯一的選擇。

Xen不同于傳統的Linux，后者可以使用核心線程的方式來運行系統幕后程序，例如，網絡文檔系統(network?file?system，NFS)幕后程序在一Linux核心中處理網絡分組和文檔系統結構。對開發人員和系統的性能來說，有兩個顯著的特點。一個特點是核心線程可以很容易地接取核心數據結構。另一個特點是核心線程都有它自己的程序地址空間(process?address?space)，并且可以如同正常程序地進行調度或內文切換(context?switched)。

與Linux的內核線程不同，域0沒辦法直接存取或修改虛擬機器監視器里的信息結構，而是需要向虛擬機器監視器請求提供服務來完成工作。Xen里的一個超級調用應用程序界面(application?program?interface，API)提供了與典型OS核心的系統調用類似的功能，可供域0或是虛擬機器(virtual?machine，VM)里的OS(被稱為虛擬計算機OS)來請求Xen虛擬機器監視器提供服務。其中的一些服務包括獲取重要虛擬機器監視器的數據結構、為非特權的虛擬機器分配資源、執行輸入輸出請求等。當系統幕后程序要求大量的服務時，即眾多的超級調用時，此界面沒有調整與分配得很好。因為每一超級調用在虛擬計算機OS和虛擬機器監視器之間的切換會產生額外的負擔(extra?overhead)，如果幕后程序逐一發送超級調用的話，可能會影響到幕后程序或系統的性能。

現今，虛擬計算機OS可以選擇逐一發送超級調用，或是以批次(batch)方式來傳送一批超級調用但會遭到阻擋直到所有的超級調用完成為止。系統幕后程序想請求虛擬機器監視器提供服務，必須使用由一虛擬機器監視器提供的一超級調用API。此多調用(multicall)API是設計來使得一虛擬計算機OS一次發送一序列的超級調用，從而減少虛擬計算機OS和虛擬機器監視器之間進行內文切換的次數。此多調用API能降低整體超級調用的負擔。

然而，每一次的多調用是同步的，這意味著調用者(caller)和相關的虛擬中央處理單元(virtual?central?processing?unit，VCPU)，稱之為VCPU_h，會受阻直到所有多調用內的超級調用被完成為止。如圖1所示，虛擬機器VM-X里大量的超級調用將阻斷其他虛擬機器，如VM-Y的運作，因為虛擬機器監視器沒有切換超級調用的內文，例如，在一時間片段(time?slice)的期間中，VM-X發出超級調用H2-H8。并且，此界面被設計為序列地(serially)執行所有調用，而一次的多調用也只能利用一實體中央處理單元(physical?central?processing?unit，PCPU)的資源，而且此PCPU上的VCPU_h是已被調度的，即使虛擬計算機域(guest?domain)已被給予可在多個PCPUs上執行的多個VCPU。

有些技術可以發送一延遲功能調用(deferrable?function?call)來延遲由超級調用程序組成的工作。延遲工作可采取多種方式來實現，例如，采用Linux的中斷處理器和設備驅動程序、或是非同步、或是在Xen閑置時執行等。