[发明专利]一种基于异构多核拓扑感知的虚拟资源管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于异构多核拓扑感知的虚拟资源管理系统，包括虚拟机实时访问行为监测模块、底层互联拓扑检测模块和动态虚拟资源调度模块。动态虚拟资源调度模块综合利用虚拟机实时访问行为数据和物理机底层硬件拓扑信息来实时调度虚拟资源。本发明还公开了一种基于异构多核拓扑感知的虚拟资源管理方法，通过性能监测工具监测虚拟机实时访问行为触发的硬件事件，采集虚拟机实时访问行为数据，计算虚拟资源访问压力和亲和度；根据监控得到的有关数据来对物理机底层互联拓扑结构进行建模；根据虚拟资源访问压力和亲和度进行虚拟资源调度。本发明能够高效利用多核资源和高性能硬件的性能，并有效降低系统的负载，适应于当今高性能应用环境。

技术领域

本发明涉及虚拟机资源管理技术领域，尤其涉及一种基于异构多核拓扑感知的虚拟资源管理系统及方法。

背景技术

当前数据中心服务器基本上都配备多个处理器以提供强大的计算能力，例如戴尔PowerEdge R730服务器就配备两个处理器插槽，而PowerEdge M830配备4个处理器插槽。这些处理器被组织成非一致性内存访问(Non-Uniform Memory Access，NUMA)架构来提升内存访问的带宽。处理器之间通过互联(interconnect)相互连接进行数据传递和通信。然而，由于不同处理器制造厂商提供的处理器互联解决方案不一样，导致了不同服务器的互联拓扑不相同。比如，Intel处理器之间通过Quick Path Interconnect(QPI)相连接，而AMD处理器之间通过Hyper Transport(HT)相连接。Intel的互联拓扑都是对称的，而AMD的互联拓扑却是不对称的。这种不对称的互联拓扑对资源访问效率有着不同的影响，如果在管理应用资源的时候没有意识到这种底层的互联拓扑特性，那么应用的性能也将会受到影响。

于此同时，数据中心服务器都被高度虚拟化以充分利用服务器物理资源。虚拟化技术可以允许多个用户运行自己的应用在一个物理服务器上。服务器的硬件资源(CPU，内存，I/O设备等等)被抽象成虚拟资源(虚拟CPU，内存地址映射，虚拟网卡等等)提供给虚拟机使用，同时还负责虚拟机的管理和虚拟机之间的通信等等。虚拟化技术的使用，极大的减少了小型企业对服务器购买的投入，同时也极大的提高了空闲主机的使用效率，所以虚拟化技术广泛的存在于当今大规模云平台中，比较有代表性的实例有亚马逊的EC2和微软的Azure。然而虚拟化技术也带来了许多其他问题。虚拟化资源池化了底层的硬件资源，屏蔽了底层的硬件特性。因此，上层应用无法感知底层的硬件特性，也无法做出相应的资源调度来消除底层硬件特性在性能上带来的影响。

虚拟化同时也给基于异构互联的NUMA服务器性能优化带来了新的挑战。虚拟化技术中一个关键组件就是虚拟机监视器(VMM)，虚拟机监视器将硬件物理资源虚拟化成统一的虚拟资源。随着当今高性能网络技术和CPU多核技术的发展，硬件虚拟化的性能已经不是瓶颈，反而这些高性能硬件之间的高效的协同处理成为了瓶颈。现有的虚拟资源管理方案并没有意识到以上的性能瓶颈，存在以下两点缺陷：

第一，现有的基于NUMA架构的虚拟资源调度模型没有考虑到底层异构的互联拓扑的特性。这些调度模型只考虑当前系统的负载均衡和数据访问亲和性，而没有考虑到这些硬件资源差异带来的性能影响。例如NUMA节点之间的互联(interconnect)。传统的资源管理模型认为底层互联拓扑结构是对称的，然而随着多核处理器的不断发展，不对称的NUMA节点互联架构也变得越来越普遍，而且这种不对称性对应用资源管理的影响极大。所以资源调度模型不考虑异构的互联拓扑信息会导致性能的优化达不到最优。

第二，更重要的一点是，当前基于NUMA架构下的资源管理方案都采用本地性感知的调度方案来消除。这种调度方案没有结合应用的实时访问行为，例如，即便将虚拟机的内存和虚拟CPU放置在一个节点上，如果应用很少去访问这一块数据那么也不会达到优化的效果。现在的基于大数据环境下的应用数据访问模式都很不规则，如果应用访问的数据源变化很快，这种预先放置数据的调度方案就不能够准确的优化数据访问开销。