[发明专利]基于虚拟CPU的频率和电压调节

说明书

背景技术

随着微处理器和计算机系统的发展，能够在单个平台上执行更大量的软件。为了适应可能为不同的平台和操作系统(OS)编写的不同软件，开发了虚拟化技术。虚拟化使得多个OS和应用程序能够共享单个硬件平台的资源并且并发地在该单个硬件平台上执行。目前，虚拟化正在试图进入不同类型的计算环境，从小型服务器到同时向多个用户提供计算服务的大型数据中心。

通常使用被称为虚拟机监视器(VMM)的软件实体来实现虚拟化。VMM向每个OS提供一个虚拟机(VM)，该VM具有该OS可以完全并直接地进行控制的虚拟资源，所述虚拟资源包括一个或多个虚拟处理器、虚拟存储器和虚拟输入/输出(I/O)资源。VMM维护用于实现虚拟化策略(例如，在多个VM之间共享和/或分配物理资源)的系统环境。在VM上运行的每个OS和其它软件被称为客户机(guest)或客户机软件，而主机(host)或主机软件是在虚拟化环境以外运行的软件，例如VMM。因此，虚拟化技术允许多个客户机软件同时地在单个主机或物理平台上运行。在系统上执行的客户机可以看到虚拟中央处理单元(VCPU)，其在该客户机看来是与真实的物理CPU(PCPU)具有相同的特征或特征子集的物理CPU。

因为虚拟化技术能够把许多不同的工作负载合并到单个物理机中，所以虚拟化得以有效利用物理资源，并因此在一些方面，其可以被看作是一种环境友好的(或“绿色的”)技术。这为利用虚拟化技术提供了动力，尤其是因为能耗越来越受到关注。然而，简单地把多个OS合并到单个平台上可能仍旧不足以满足效率需求。为此目的，日益要求虚拟化技术进一步采用细粒度的功率管理(或节能)功能，该类型的功能最早是在客户端设备上引入的、而现在即使在高端服务器上也很普遍。然而，CPU的虚拟化及物理资源的持续共享和重新分配增加了一层复杂性，使得难以把在物理机上由OS实现的传统功率管理技术转换到虚拟环境中。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的系统的框图。

图2是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

图3是根据本发明的一个实施例的示例性虚拟机监视器的框图。

具体实施方式

在各种实施例中，包括频率调节(scaling)和电压调节在内的节能功能可以被有效地与虚拟化技术结合起来。当前的虚拟系统要么是未能提供任何类型的调节功能(因此在节能方面做的很少)，要么就是简单地重复在物理机上由OS实现的相同的节能算法。然而，目标是在物理环境中使用的调节算法没有很好地转换到虚拟环境中。在物理机上实现的通用调节技术的一个例子被称作动态电压和频率调节(或DVFS)。芯片组(例如，处理器或CPU)上消耗的功率取决于施加到该芯片组中的静态CMOS门上的电压和频率。根据DVFS技术，通过基于变化的情况来改变施加到CPU上的信号的电压和频率，有效地降低了功耗。在实现DVFS技术的系统中，调节算法以将对性能产生最小影响的方式，智能地确定何时适于调节电压和频率。实现该功能的一种方式是基于CPU利用率来进行调节决策。

然而，对用虚拟机实现的许多不同类型的工作负载(例如，存储器密集型工作负载，等待时间敏感型工作负载等等)而言，基于物理处理器(即，PCPU)的利用率的节能算法几乎没有意义。因为虚拟化把并发地执行的不同工作负载合并到单个物理机中，所以基于物理处理器的利用率的调节算法可能反应很慢，并且可能没有被紧密耦合到当前调度的工作负荷。此外，简单地重复物理机所使用的算法漏掉了使用虚拟化事件(其指示在虚拟CPU上运行的工作负载特性)的机会。考虑到使这种指示可见所需的复杂性和成本的缘故，在实际的硬件实现中这种指示很少见。然而，由于VMM必须用软件向客户机提供虚拟资源(例如，CPU，存储器，I/O)，所以这些指示在虚拟化环境中是很容易就可用的。

于是，在本发明的一些实施例中，频率和电压调节技术被耦合到每个虚拟CPU而不是物理CPU。例如，每个虚拟CPU配备有它自己的工作负载剖析(profiling)通道和/或它自己的调节算法，以使该调节适合于并耦合到该特定VCPU。另外，一些实施例基于对虚拟化事件的连续监视来剖析工作负载特性，以便动态地和更加智能地对在各种VCPU上运行的不同工作负载作出反应。在这样的实施例中，取决于当前正执行的工作负载的实际特性，有多种不同的调节算法可供选择。以此方式，频率和电压调节能够响应快速变化的合并的工作负载模式，同时可以在不牺牲性能的情况下达到节能的效果。