[發明專利]一種基于共生系數平衡的虛擬機調度方法

在審

• 申請號: 201410175743.2
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103955396A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 王總輝;程雨夏;陳文智;俞新杰;金睿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/50
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 鄭紅莉

技術領域

本發明涉及虛擬機技術領域，更具體地說，涉及一種基于共生系數平衡的虛擬機調度方法。

背景技術

系統虛擬化技術是云計算應用中的基礎核心技術之一。在目前云計算數據中心，大部分應用程序部署在虛擬機中，而虛擬機則運行在商用多核架構的物理服務器上。系統虛擬化技術的使用，實現了不同的應用程序可以運行在各自的虛擬機之中，從而極大地方便了應用服務的部署與管理，保證了應用程序之間的隔離性和安全性，提高了數據中心整體運營效率。然而，現有的虛擬化技術不能很好地解決多臺虛擬機共享底層的物理服務器資源時出現資源競爭的問題，導致虛擬機性能下降，當物理服務器負載較高時不能有效保證每臺虛擬機的服務質量。

虛擬機之間的資源競爭主要表現在不同虛擬機之間對同一共享物理資源的競爭使用。其中共享物理資源主要包括多核處理器中的共享緩存資源、內存控制器和內存帶寬資源以及外部的I/O存儲資源等。由于不同虛擬機中運行不同的應用服務程序，應用程序表現出不同的資源需求特征。因此，不同虛擬機對于物理資源的需求各有不同。如果某些虛擬機同時對某一共享物理資源競爭使用，則這部分虛擬機的性能就會出現大幅下降問題。

目前，多核物理服務器普遍使用NUMA(Non-Uniform?Memory?Access)架構，即非一致性內存訪問架構如圖1所示，四臺虛擬機共享底層的一臺多核物理服務器。該多核NUMA架構擁有兩個處理器，每個處理器中有一個共享緩存。虛擬機A(VM?A)和虛擬機B(VM?B)使用同一個共享緩存，虛擬機C(VM?C)和虛擬機D(VM?D)使用另一個共享緩存。若虛擬機A和虛擬機B對共享緩存的資源需求很強，而虛擬機C和虛擬機D對共享緩存的資源需求較弱，則虛擬機A和虛擬機B的性能因為共享緩存的競爭使用出現下降。為了緩和虛擬機A和B對共享緩存的資源競爭問題，可以指定虛擬機A和C使用同一個共享緩存，虛擬機B和D使用另一個共享緩存，從而達到緩解共享資源競爭的問題。

為了讓多核系統中的線程能夠更公平地使用共享緩存和處理器中其他的共享資源，Fedorova提出了一種在多核處理器環境下，基于公平使用共享緩存和處理器其他共享資源的線程調度方法和裝置。線程調度器首先識別出在多核處理器上運行的可調度的線程，然后基于收集的線程運行時統計數據估計出一個性能參數。調度器根據估計出的性能參數，分別為每個線程重新分配CPU運行的時間片。通過增加線程的CPU運行時間，來彌補那些因共享資源競爭而性能下降的線程，從而使得系統中各個運行線程能夠更加公平得使用多核處理器中的共享資源。

為了監控多核處理器中共享緩存的使用情況，Li?Zhao等[2]提出了一種在分布式共享緩存中監控緩存資源使用情況的方法。該方法利用一張進程資源表記錄該進程在共享緩存中總共占用共享緩存行的數目。通過比較每個進程的進程資源表可以得出進程之間使用共享緩存資源的高低程度。系統中為每個共享緩存行記錄一個資源監控ID(RMID)，當該緩存行被修改時，觸發相應的進程資源表，從而更新該進程的使用共享緩存行的數目。此外，進程資源表記錄的共享緩存總的行數小于物理共享緩存總行數。

通過增加線程CPU運行時間片的方法消除因共享緩存資源競爭導致的線程間公平性問題，該方法容易導致某些線程的CPU運行時間片過長，使得其他線程獲得的CPU時間片小于其按權重分配所需的CPU時間片。方法二中需要修改共享緩存硬件邏輯，實現成本過高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于共生系數平衡的虛擬機調度方法。

一種基于共生系數平衡的虛擬機調度方法，所述的虛擬機調度方法應用于基于多核物理服務器的虛擬計算機系統，所述虛擬計算機系統中虛擬機的VCPU運行于多核物理服務器的各個物理CPU，所述的多核物理服務器包括至少2個共享緩存，各個物理CPU運行于所述的共享緩存上，根據各個共享緩存的共生系數進行虛擬機調度，達到共享緩存共生系數平衡，包括：

(1)獲取所述虛擬計算機系統中各個VCPU的壓力值和容忍度；

所述的壓力值為VCPU對相應的共享緩存的訪問速率；

所述的容忍度為該VCPU在其他VCPU的競爭壓力作用下的性能變化值；

(2)根據各個VCPU的壓力值和容忍度，計算各個VCPU的壓力值和容忍度的壓力系數和容忍系數；

(3)針對每一個共享緩存，根據該共享緩存上各個VCPU的壓力系數和容忍系數計算該共享緩存上各個VCPU的生存系數，并根據每個共享緩存上各個VCPU的生存系數計算相應共享緩存的共生系數；