[發明專利]一種虛擬CPU調度方法

有效

• 申請號: 201210523614.9
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103049332A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 童薇;馮丹;劉景寧;張炬;李宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/455
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于計算機虛擬化技術領域，具體涉及一種虛擬CPU調度方法，采用動態時間片和信用值，提升虛擬化平臺整體性能。

背景技術

目前IT企業普遍存在下述問題：(1)物理基礎架構的利用率低且成本日益攀升，根據市場調研公司國際數據公司(International?Data?Corporation，IDC)的報告，在IT企業典型的數據中心，物理基礎架構的利用率平均只有10％到15％，大部分計算機資源沒有得到充分利用；(2)IT資源管理、維護的成本不斷提高。

虛擬化技術通過在物理硬件和操作系統之間插入一個抽象層(虛擬機監控器)，允許在單臺物理機上運行多個虛擬機，即多個虛擬機共享同一臺物理機的資源，不同的虛擬機可以運行不同的操作系統以及應用程序，從而提高了硬件的利用率和靈活性，降低了管理成本，同時增加了系統安全性和可擴展性，因此虛擬化技術在IT企業中的應用越來越廣泛。經過多年的發展，CPU虛擬化與內存虛擬化技術已日趨成熟，而IO虛擬化技術的發展卻相對滯后，影響了虛擬化平臺的整體性能，也限制了虛擬化技術的進一步推廣應用。如何提高虛擬機的IO訪問性能，以及IO設備的利用率，是當前虛擬化技術的研究重點之一。

目前，IO虛擬化技術的性能優化思路主要是減少抽象層(虛擬機監控器)引起的開銷，但虛擬CPU的調度對IO性能也具有重要的影響，信用值調度方法是目前在虛擬化平臺中應用廣泛的一種虛擬CPU調度方法，信用值調度方法為每一個虛擬機設置權重和時間上限，某虛擬機權重占各虛擬機總權重的比例為該虛擬機的信用值，信用值決定該虛擬機占用處理器時間片的比例，而時間上限決定一個虛擬機在每次調度中能夠占用處理器時間的最大值。信用值調度方法的缺點是：在對響應速度要求較高的應用中，虛擬CPU響應延遲與虛擬CPU在運行隊列中的位置密切相關，當運行隊列較長時，響應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?Virtual?Machine?Monitors》一文中提出在信用值調度方法中添加突發(BOOST)狀態，處于突發狀態的虛擬CPU具有最高優先級，當虛擬CPU在空閑狀態時被事件喚醒時，則進入突發狀態，引起一次調度，在該次調度中，處于突發狀態的虛擬CPU搶占物理CPU，從而降低了IO延遲，見Proceedings?of?The?fourth?ACM?SIGPLAN/SIGOPS?internationalconference?on?Virtual?execution?environments，2008。然而，即使是添加了突發狀態的信用值調度方法也不區分虛擬機的應用服務特征，仍然對所有虛擬CPU采用定長時間片進行調度，使得虛擬機性能會因資源限制而受到影響，以太網光纖通道是一種網絡協議，被廣泛應用于IT企業數據中心，對于此類對響應速度要求高的應用，現有的虛擬CPU調度算法并不適用。

為了清楚地理解本發明，以下對本發明中所使用的術語進行解釋：

物理CPU(PCPU)：計算機系統中真實的CPU。

虛擬機(Virtual?Machine)：指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。

虛擬化平臺：是讓多個虛擬機可以在一套物理硬件上安全運行的軟硬件系統，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的CPU。

空閑虛擬CPU(IDLE?VCPU)：用來占位的虛擬CPU，不完成實際工作，具有最低的優先級負1，在每個物理CPU上均有一個空閑虛擬CPU。

運行隊列：當具有多個物理CPU時，每個物理CPU具有一個運行隊列，運行隊列由在該物理CPU上運行的虛擬CPU按照優先級從高到低的順序組成。

虛擬機監控器：運行在基礎物理服務器和操作系統之間的中間抽象層，可允許多個操作系統和應用共享硬件，虛擬機監控器為每臺IO設備建立相應的IO請求隊列。

Xen：是英國劍橋大學計算機實驗室開發的一種虛擬化平臺，它和虛擬機密切結合，占用資源少，以高性能、占用資源少著稱。

以太網光纖通道：將光纖通道映射到以太網，可以將光纖通道信息插入以太網信息包內，從而讓服務器和存儲設備之間的光纖通道請求和數據可以通過以太網連接來傳輸，而無需專門的光纖通道結構。

發明內容