[发明专利]一种虚拟CPU调度方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟化技术领域，具体涉及一种虚拟CPU调度方法，采用动态时间片和信用值，提升虚拟化平台整体性能。

背景技术

目前IT企业普遍存在下述问题：(1)物理基础架构的利用率低且成本日益攀升，根据市场调研公司国际数据公司(International Data Corporation，IDC)的报告，在IT企业典型的数据中心，物理基础架构的利用率平均只有10％到15％，大部分计算机资源没有得到充分利用；(2)IT资源管理、维护的成本不断提高。

虚拟化技术通过在物理硬件和操作系统之间插入一个抽象层(虚拟机监控器)，允许在单台物理机上运行多个虚拟机，即多个虚拟机共享同一台物理机的资源，不同的虚拟机可以运行不同的操作系统以及应用程序，从而提高了硬件的利用率和灵活性，降低了管理成本，同时增加了系统安全性和可扩展性，因此虚拟化技术在IT企业中的应用越来越广泛。经过多年的发展，CPU虚拟化与内存虚拟化技术已日趋成熟，而IO虚拟化技术的发展却相对滞后，影响了虚拟化平台的整体性能，也限制了虚拟化技术的进一步推广应用。如何提高虚拟机的IO访问性能，以及IO设备的利用率，是当前虚拟化技术的研究重点之一。

目前，IO虚拟化技术的性能优化思路主要是减少抽象层(虚拟机监控器)引起的开销，但虚拟CPU的调度对IO性能也具有重要的影响，信用值调度方法是目前在虚拟化平台中应用广泛的一种虚拟CPU调度方法，信用值调度方法为每一个虚拟机设置权重和时间上限，某虚拟机权重占各虚拟机总权重的比例为该虚拟机的信用值，信用值决定该虚拟机占用处理器时间片的比例，而时间上限决定一个虚拟机在每次调度中能够占用处理器时间的最大值。信用值调度方法的缺点是：在对响应速度要求较高的应用中，虚拟CPU响应延迟与虚拟CPU在运行队列中的位置密切相关，当运行队列较长时，响应延迟普遍较长且有较大的波动。针对上述问题，2008年，Diego Ongaro等人在《Scheduling I/O in Virtual Machine Monitors》一文中提出在信用值调度方法中添加突发(BOOST)状态，处于突发状态的虚拟CPU具有最高优先级，当虚拟CPU在空闲状态时被事件唤醒时，则进入突发状态，引起一次调度，在该次调度中，处于突发状态的虚拟CPU抢占物理CPU，从而降低了IO延迟，见Proceedings of The fourth ACM SIGPLAN/SIGOPS internationalconference on Virtual execution environments，2008。然而，即使是添加了突发状态的信用值调度方法也不区分虚拟机的应用服务特征，仍然对所有虚拟CPU采用定长时间片进行调度，使得虚拟机性能会因资源限制而受到影响，以太网光纤通道是一种网络协议，被广泛应用于IT企业数据中心，对于此类对响应速度要求高的应用，现有的虚拟CPU调度算法并不适用。

为了清楚地理解本发明，以下对本发明中所使用的术语进行解释：

物理CPU(PCPU)：计算机系统中真实的CPU。

虚拟机(Virtual Machine)：指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

虚拟化平台：是让多个虚拟机可以在一套物理硬件上安全运行的软硬件系统，目前提供虚拟化平台的公司有：微软，思杰，威睿等。

虚拟CPU(VCPU)：虚拟化平台分配给虚拟机的CPU。

空闲虚拟CPU(IDLE VCPU)：用来占位的虚拟CPU，不完成实际工作，具有最低的优先级负1，在每个物理CPU上均有一个空闲虚拟CPU。

运行队列：当具有多个物理CPU时，每个物理CPU具有一个运行队列，运行队列由在该物理CPU上运行的虚拟CPU按照优先级从高到低的顺序组成。

虚拟机监控器：运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间抽象层，可允许多个操作系统和应用共享硬件，虚拟机监控器为每台IO设备建立相应的IO请求队列。

Xen：是英国剑桥大学计算机实验室开发的一种虚拟化平台，它和虚拟机密切结合，占用资源少，以高性能、占用资源少著称。

以太网光纤通道：将光纤通道映射到以太网，可以将光纤通道信息插入以太网信息包内，从而让服务器和存储设备之间的光纤通道请求和数据可以通过以太网连接来传输，而无需专门的光纤通道结构。

发明内容