[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)PLE技術(shù)的虛擬機協(xié)同調(diào)度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410029589.8
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103744728B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 管海兵;馬汝輝;李健;黃彬弟;周凡夫
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/455
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機虛擬機性能監(jiān)控和虛擬機調(diào)度領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動態(tài)PLE技術(shù)的虛擬機協(xié)同調(diào)度方法。

背景技術(shù)

虛擬化技術(shù)抽象計算機的物理資源，向上呈現(xiàn)虛擬硬件接口，使得多個操作系統(tǒng)能夠在同一物理設(shè)備上運行。利用虛擬化技術(shù)，將原本運行于多臺物理設(shè)備的服務(wù)整合到同一臺物理服務(wù)器上，提高物理資源利用率的同時減少了企業(yè)在IT基礎(chǔ)設(shè)施上的管理維護(hù)成本。另一方面通過虛擬化技術(shù)對物理資源的管理，能夠?qū)Y源進(jìn)行動態(tài)配置，對于各種業(yè)務(wù)適應(yīng)性更強。同時虛擬化技術(shù)能夠?qū)μ摂M服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控和隔離，確保虛擬服務(wù)器的正常運行以及虛擬服務(wù)器之間能夠相互獨立。此外，虛擬服務(wù)器能夠更快捷的進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)移，提高可用性以及災(zāi)難恢復(fù)速度。因此，虛擬化技術(shù)成為云計算以及數(shù)據(jù)中心不可或缺的一部分。

虛擬機監(jiān)控器（Virtual?Machine?Monitor，VMM）是目前主流的虛擬化技術(shù)，介于硬件與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)之間，負(fù)責(zé)管理計算機的物理資源，包括內(nèi)存、CPU以及I/O設(shè)備等硬件資源，并虛擬出硬件接口供上層使用，使得多個操作系統(tǒng)能夠在同一個物理設(shè)備上運行。

同時為了能夠更好地提升虛擬化服務(wù)器的性能，硬件上也添加了對虛擬化的支持。Intel的VT系列虛擬化技術(shù)，提供了對虛擬化技術(shù)的支持，使得虛擬機的性能得到顯著提升。

虛擬機監(jiān)控器的引入，使得很多在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中已經(jīng)解決的問題出現(xiàn)了新的變化，同時也使得傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中現(xiàn)有的一些機制出現(xiàn)新的問題。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中自旋鎖（Spin-Lock）用于解決CPU之間對于共享資源的競爭。當(dāng)多個CPU需要獲取同一個自旋鎖時，只有一個CPU可以持有該鎖，其它的CPU則一直循環(huán)檢測自旋鎖是否被釋放。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中持有自旋鎖的CPU在非常短的時間內(nèi)會將鎖釋放，這樣等待自旋鎖的CPU循環(huán)檢測的時間并不會很長。但在虛擬化環(huán)境中，虛擬機中持有自旋鎖的VCPU可能被虛擬機監(jiān)控器調(diào)度出物理CPU，使得該虛擬機中等待該自旋鎖的其它VCPU一直處于循環(huán)檢測自旋鎖的狀態(tài)，該問題被稱為LHP（Lock?Holder?Preemption，自旋鎖持有者被搶占）問題，會導(dǎo)致虛擬機性能的下降。

為了解決上述LHP問題，現(xiàn)有的技術(shù)方案包括虛擬機中VCPU的協(xié)同調(diào)度和VCPU的忙等檢測。虛擬機中VCPU的協(xié)同調(diào)度指的是將虛擬機中的一組VCPU（可以是虛擬機中全部VCPU也可以是部分VCPU）同時調(diào)度進(jìn)物理CPU，這樣可以有效減少LHP現(xiàn)象的出現(xiàn)，但是這種方法會造成CPU資源的碎片化以及系統(tǒng)延遲的不確定性增加等問題。VCPU的忙等檢測，指的是在檢測到VCPU忙等時將VCPU調(diào)度出物理CPU，主要分為基于虛擬機的VCPU忙等檢測和基于硬件支持的VCPU忙等檢測。基于虛擬機的VCPU忙等檢測需要對虛擬機操作系統(tǒng)進(jìn)行修改，在虛擬機中出現(xiàn)VCPU忙等時通知VMM，這種方法因為需要修改虛擬機操作系統(tǒng)，適用范圍受限制。基于硬件支持的VCPU忙等檢測需要設(shè)置虛擬機控制結(jié)構(gòu)中的忙等檢測參數(shù)，這些參數(shù)在計算機處于不同負(fù)載下的最優(yōu)值是需要變化的。將虛擬機中VCPU的協(xié)同調(diào)度與參數(shù)動態(tài)調(diào)整的VCPU忙等檢測相結(jié)合可以降低協(xié)同調(diào)度帶來的負(fù)面影響，同時提高虛擬機的性能。

當(dāng)前基于硬件支持的VCPU忙等檢測主要是PLE（Pause?Loop?Exit）技術(shù)，其中忙等檢測參數(shù)是PLE_GAP和PLE_WINDOW。在VCPU進(jìn)行忙等時，會執(zhí)行Pause指令，若兩個連續(xù)的Pause指令在PLE_GAP指定的時間范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為該VCPU是由于等待同一個自旋鎖而導(dǎo)致的忙等，當(dāng)這種連續(xù)的Pause指令超過PLE_WINDOW指定的時間范圍時，則認(rèn)為該VCPU忙等時間過長，此時PLE向VMM層的調(diào)度模塊提供觸發(fā)信息，調(diào)度模塊將該VCPU調(diào)度出物理CPU，之后從物理CPU的運行隊列中選擇下一個VCPU進(jìn)入該物理CPU中運行，觸發(fā)執(zhí)行過程如圖1所示。

現(xiàn)有PLE技術(shù)的運用中有將參數(shù)固定不變的靜態(tài)PLE技術(shù)，也有根據(jù)計算機在不同負(fù)載時動態(tài)變化參數(shù)以取其最優(yōu)值的動態(tài)PLE技術(shù)。

在現(xiàn)有的技術(shù)方案中，對VPN的協(xié)同調(diào)度和動態(tài)PLE技術(shù)只單獨使用其中之一，前者僅僅基于靜態(tài)PLE技術(shù)，其利用PLE的觸發(fā)信息對虛擬機中的VCPU進(jìn)行協(xié)同調(diào)度，并沒有考慮在不同負(fù)載情況下PLE參數(shù)的調(diào)整。后者對PLE參數(shù)在不同負(fù)載情況下進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并沒有利用VCPU的協(xié)同調(diào)度減少LHP的發(fā)生。