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CN101354663A - 应用于虚拟机系统的真实cpu资源的调度方法及调度装置 - Google Patents

应用于虚拟机系统的真实cpu资源的调度方法及调度装置 Download PDF

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CN101354663A
CN101354663A CNA2007101195261A CN200710119526A CN101354663A CN 101354663 A CN101354663 A CN 101354663A CN A2007101195261 A CNA2007101195261 A CN A2007101195261A CN 200710119526 A CN200710119526 A CN 200710119526A CN 101354663 A CN101354663 A CN 101354663A
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Abstract

本发明提供了一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法和调度装置，其中，该方法包括：步骤A，虚拟机监视器获取虚拟CPU的负载情况；步骤B，虚拟机监视器根据虚拟CPU的负载情况分配真实CPU资源，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。利用本发明的方法和装置，可在获取虚拟CPU的负载情况后分配真实CPU资源，使负载较重的VCPU能获得更多的真实CPU资源，同时，本发明直接由VMM实现，与上层的GOS的类型无关，具有通用性。

Description

应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法及调度装置
技术领域
本发明涉及虚拟机系统，特别是一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法及调度装置。
背景技术
如图1所示，在虚拟机系统中，虚拟机监视器(Virtual Machine Monitor，VMM)之上同时运行有多个操作系统，而每个操作系统中都包括一个或多个虚拟CPU(Virtual CPU，VCPU)，因此，需要虚拟机监视器根据一定的资源调度算法，将真实的CPU资源分配给VCPU，而如何分配该真实CPU资源也会影响到虚拟机系统的性能。
目前虚拟机的调度算法大体分两种：BVT(Borrowed Virtual Time)方法和SEDF方法。
BVT方法中，VMM根据目前的真实CPU资源的情况，将所有的真实CPU资源平均分配给上层操作系统中的VCPU，让每一个VCPU占用同样多的真实CPU资源。
但众所周知，在虚拟机环境中，各个操作系统中的VCPU的负载肯定不一样，而BVT调度算法就让负载大的VCPU和负载小的VCPU获得几乎同样多的真实CPU时间，这样就可能出现分配给负载大的VCPU的真实CPU时间不够，而分配给负载小的VCPU的真实CPU时间有剩余，造成了CPU资源的浪费，没有最大程度的利用真实CPU的资源。
而SEDF方法中，VMM根据上层各操作系统中最近对CPU资源的请求和目前的进程数，给予各操作系统“打分”，为请求资源多的操作系统更多的分配真实CPU资源。
SEDF方法解决了BVT方法中存在的问题，可以更好的利用真实CPU资源，但是需要在客户操作系统(Guest Operation System，GOS)中有特定的程序来统计这些资源，对应于不同的操作系统(如XP、Linux、Vista)，需要设计不同的程序，不具有通用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法及调度装置，由VMM实现，最大程度地利用真实CPU的资源。
为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法，包括：
步骤A，虚拟机监视器获取虚拟CPU的负载情况；
步骤B，虚拟机监视器根据虚拟CPU的负载情况分配真实CPU资源，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
上述的方法，其中，所述虚拟CPU的负载情况根据中断响应时间判断，所述中断响应时间越长，虚拟CPU负载越重。
上述的方法，其中，所述虚拟CPU的负载情况根据待处理中断请求数目判断，所述待处理中断请求数目越多，虚拟CPU负载越重。
上述的方法，其中，所述负载情况根据中断响应时间和中断请求数目综合判断。
上述的方法，其中，所述步骤B中，虚拟机监视器分配给虚拟CPU的真实CPU资源的总和等于现有的真实CPU资源。
上述的方法，其中，所述步骤B中，虚拟机监视器分配给虚拟CPU的真实CPU资源的比值与虚拟CPU的负载指数的比值相同。
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度装置，包括设置于虚拟机监视器中的负载情况获取模块和分配模块，其中：
负载情况获取模块，用于获取虚拟CPU的负载情况；
分配模块，用于根据虚拟CPU的负载情况分配真实CPU资源，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
上述的装置，其中，所述负载情况根据中断响应时间和/或中断请求数目判断。
上述的装置，其中，所述分配模块具体用于根据虚拟CPU的负载情况，将真实CPU资源全部分配给分配虚拟CPU，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
上述的装置，其中，所述分配模块具体用于根据虚拟CPU的负载指数的比值分配真实CPU资源。
利用本发明的方法和装置，可在获取虚拟CPU的负载情况后分配真实CPU资源，使负载较重的VCPU能获得更多的真实CPU资源，同时，本发明直接由VMM实现，与上层的GOS的类型无关，具有通用性。
附图说明
图1为虚拟机系统的简要结构示意图；
图2为本发明的第一实施例的方法的流程示意图；
图3为本发明的第二实施例的方法的流程示意图；
图4为本发明的第三实施例的方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明的应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法和调度装置，直接通过虚拟机监视器来实现，其首先获取每个VCPU的负载情况，然后根据该VCPU的负载情况将真实CPU资源尽可能多的分配给负载较重的VCPU。该VCPU的负载情况可通过各种参数来判断，下面以不同的情况对本发明的方法和装置进行详细说明。
<第一实施例>
在本发明的第一实施例中，该负载情况具体根据中断响应时间判断。
所谓中断响应时间即：VMM向VCPU发出中断到VMM接收到告知中断处理完毕的响应之间的时间。
很明显，该中断响应时间越长，表明对应的VCPU负载越重。
如图2所示，本发明的第一实施例的方法包括：
中断响应时间获取步骤21，虚拟机监视器向所有VCPU注射中断请求，并接收到所有VCPU返回的告知中断请求处理完毕的响应后，保存VCPU对应的中断响应时间；
真实CPU资源分配步骤22，根据VCPU的中断响应时间分配真实CPU资源；中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多。
在步骤21中，需要向VCPU注射中断，该中断可以是：
时钟中断，如RTC、PIT及HPET等；
网卡中断；或
声卡中断等。
在步骤22中，需要根据VCPU的中断响应时间分配真实CPU资源，中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多。下面以实际的例子来说明如何分配。
第一种真实CPU资源分配方式
假设第一种真实CPU资源分配方式中，现有真实CPU资源为200时间片，而虚拟机系统中包括3个VCPU：VCPU1、VCPU2、VCPU3，其对应的中断响应时间分别为5、3和2。
步骤22中，则可以分别将80时间片、60时间片和40时间片分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3。
第一种真实CPU资源分配方式只需要保证满足以下两个条件即可：
条件1、分配给VCPU的真实CPU资源的总和小于现有真实CPU资源；
条件2、中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多。
然而上述的分配方案在分配真实CPU资源时有可能会出现下述情况，如分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源分别为50时间片、40时间片和30时间片的情况，这样，分配的真实CPU资源为120时间片，有大量的真实CPU资源(80时间片)没有被分配，因此，真实CPU资源没有得到有效的利用。
鉴于上述问题的存在，本发明的第一实施例中进一步将条件1修改为：分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有的真实CPU资源。
这样，在保证负载越重的VCPU可以分到越多真实CPU资源的同时，使真实的CPU资源可以得到最大程度的使用。
第二种真实CPU资源分配方式
假设第二种真实CPU资源分配方式中，现有真实CPU资源为200时间片，而虚拟机系统中包括3个VCPU：VCPU1、VCPU2、VCPU3，其对应的中断响应时间分别为5、3和2。
在第二种真实CPU资源分配方式中，VCPU所分配到的真实CPU资源的比值等于VCPU的中断响应时间的比值，当然也需要分配给VCPU的真实CPU资源的总和小于现有的真实CPU资源。
按照上述的第二种分配方式，分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源可以是如下情况：
50时间片、30时间片和20时间片；
60时间片、36时间片和24时间片；
75时间片、45时间片和30时间片；
100时间片、60时间片和40时间片。
可以看出，如果按照上述的方式来分配，肯定也会存在真实CPU资源利用程度低的问题存在，上述的分配情况，分别有100时间片、...、80时间片、...、50时间片没有被分配。
鉴于上述问题的存在，一种更加合适的分配方式是：保证VCPU所分配到的真实CPU资源的比值等于VCPU的负载指数(在此，该负载指数为中断响应时间，或中断响应应时间归一化处理后的数值)的比值的同时，保证分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有的真实CPU资源，即最后分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源分别为100时间片、60时间片和40时间片，这样，既考虑到了VCPU的负载，也考虑到了真实CPU资源的最大程度的利用。
<第二实施例>
在本发明的第二实施例中，该负载情况具体根据VCPU的待处理中断请求数目来确定。
很明显，待处理中断请求数目越多，表明对应的VCPU的负载越重。
如图3所示，本发明的第二实施例的方法包括：
待处理中断请求数目获取步骤31，虚拟机监视器从VCPU对应的虚拟中断控制器中获取并保存所有VCPU对应的待处理中断请求数目；
真实CPU资源分配步骤32，根据VCPU的待处理中断请求数目分配真实CPU资源；待处理中断请求数目越多的VCPU分到的真实CPU资源越多。
在步骤32中，需要根据VCPU的待处理中断请求数目分配真实CPU资源，待处理中断请求数目越多的VCPU分到的真实CPU资源越多。下面以实际的例子来说明如何分配。
第一种真实CPU资源分配方式
假设第一种真实CPU资源分配方式中，现有真实CPU资源为200时间片，而虚拟机系统中包括3个VCPU：VCPU1、VCPU2、VCPU3，其对应的待处理中断请求数目分别为5、3和2。
第一种真实CPU资源分配方式只需要保证满足以下两个条件即可：
条件1、分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有真实CPU资源；
条件2、中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多。
按照上述分配方案，分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源可以是：
...
120时间片、60时间片和20时间片；
...
140时间片、50时间片和10时间片；
...
这样在保证负载越重的VCPU可以分到越多真实CPU资源的同时，真实的CPU资源也得到了最大程度的使用。
第二种真实CPU资源分配方式
假设真实CPU资源分配方式中，现有真实CPU资源为200时间片，而虚拟机系统中包括3个VCPU：VCPU1、VCPU2、VCPU3，其对应的待处理中断请求数目分别为5、3和2。
在第二种真实CPU资源分配方式中，VCPU所分配到的真实CPU资源的比值等于VCPU的负载指数(在此，该负载指数为待处理中断请求数目或其归一化得到的数值)的比值，同时，分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有的真实CPU资源。
按照上述的第二种分配方式，分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源为：100时间片、60时间片和40时间片，既考虑到了VCPU的负载程度(VCPU1、VCPU2、VCPU3分到的真实CPU资源的比值为5∶3∶2)，也考虑到了真实CPU资源的最大程度的利用(200时间片的真实CPU资源都分配出去了)。
<第三实施例>
在本发明的第二实施例中，该负载情况具体根据VCPU的中断响应时间和待处理中断请求数目确定。
很明显，待处理中断请求数目越多，对应的VCPU负载越重；中断响应时间越长，对应的VCPU负载越重。
如图4所示，本发明的第三实施例的方法包括：
步骤41，虚拟机监视器向所有VCPU注射中断请求，并接收到所有VCPU返回的告知中断请求处理完毕的响应后，保存VCPU对应的中断响应时间；
步骤42，虚拟机监视器从VCPU对应的虚拟中断控制器中获取并保存所有VCPU对应的待处理中断请求数目；
步骤43，虚拟机监视器根据VCPU的中断响应时间和待处理中断请求数目分配真实CPU资源，中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多，待处理中断请求数目越多的VCPU分到的真实CPU资源越多。
在步骤43中，需要根据2个因素：中断响应时间和待处理中断请求数目为VCPU分配真实CPU资源。
因此，如果将该2个因素整合成一个因素考虑的话，可以更加方便的实现。
下面举例说明如何整合中断响应时间和待处理中断请求数目。
假设现有真实CPU资源为200时间片，而虚拟机系统中包括3个VCPU：VCPU1、VCPU2、VCPU3，其对应的待处理中断请求数目分别为5、3和2，其对应的中断响应时间分别为2、6和4。
对待处理中断请求数目作归一化处理，都除以5，得到：1、3/5和2/5；
对中断响应时间作归一化处理，都除以6，得到：1/3、1和2/3；
然后对应相加，得到负载指数：3/4、8/5和16/15；
最后根据负载指数(VCPU1、VCPU2、VCPU3分别为3/4、8/5和16/15)分配真实CPU资源，由于3/4＜16/15＜8/5，因此，VCPU2分配到的真实CPU资源多于VCPU3分配到的真实CPU资源，而VCPU3分配到的真实CPU资源多于VCPU1分配到的真实CPU资源。
进一步地，在步骤43中，保证分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有真实CPU资源，则能保证真实CPU资源的最大化利用；
进一步地，分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源的比值等于3/4∶8/5∶16/15，则充分考虑了VCPU的负载。
下面说明另外一种整合方式，如下所述：
对待处理中断请求数目作归一化处理，都除以5，得到：1、3/5和2/5，并乘上权重2得到：2、6/5和4/5；
对中断响应时间作归一化处理，都除以6，得到：1/3、1和1/3，并乘上权重1得到：1/3、2和2/3；
对应相加，得到负载指数：7/3、16/5和22/15；
最后根据负载指数(VCPU1、VCPU2、VCPU3分别为7/3、16/5和22/15)分配真实CPU资源，因此，VCPU2分配到的真实CPU资源多于VCPU1分配到的真实CPU资源，而VCPU1分配到的真实CPU资源多于VCPU3分配到的真实CPU资源。
进一步地，充分考虑真实CPU资源的最大化利用的情况下，分配给VCPU的真实CPU资源的总和等于现有真实CPU资源；
进一步地，充分考虑VCPU的负载的情况下，分配给VCPU1、VCPU2、VCPU3的真实CPU资源的比值等于负载指数的比值7/3∶16/5∶22/15。
本发明的应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度装置，包括：
负载情况获取模块，用于从VCPU获取表征VCPU负载情况的负载情况；
分配模块，用于根据负载情况分配真实CPU资源，负载越重的VCPU分配到的真实CPU资源越多。
该负载情况根据待处理中断请求数目或中断响应时间等判断；
当负载情况根据待处理中断请求数目判断时，待处理中断请求数目越多的VCPU分到的真实CPU资源越多；
当负载情况根据中断响应时间判断时，中断响应时间越长的VCPU分到的真实CPU资源越多。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度方法，其特征在于，包括：
步骤A，虚拟机监视器获取虚拟CPU的负载情况；
步骤B，虚拟机监视器根据虚拟CPU的负载情况分配真实CPU资源，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟CPU的负载情况根据中断响应时间判断，所述中断响应时间越长，虚拟CPU负载越重。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟CPU的负载情况根据待处理中断请求数目判断，所述待处理中断请求数目越多，虚拟CPU负载越重。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载情况根据中断响应时间和中断请求数目综合判断。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，虚拟机监视器分配给虚拟CPU的真实CPU资源的总和等于现有的真实CPU资源。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，虚拟机监视器分配给虚拟CPU的真实CPU资源的比值与虚拟CPU的负载指数的比值相同。
7.一种应用于虚拟机系统的真实CPU资源的调度装置，其特征在于，包括设置于虚拟机监视器中的负载情况获取模块和分配模块，其中：
负载情况获取模块，用于获取虚拟CPU的负载情况；
分配模块，用于根据虚拟CPU的负载情况分配真实CPU资源，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述负载情况根据中断响应时间和/或中断请求数目判断。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分配模块具体用于根据虚拟CPU的负载情况，将真实CPU资源全部分配给分配虚拟CPU，负载越重的虚拟CPU分配到的真实CPU资源越多。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分配模块具体用于根据虚拟CPU的负载指数的比值分配真实CPU资源。
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