[发明专利]一种基于动态PLE技术的虚拟机协同调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机虚拟机性能监控和虚拟机调度领域，尤其涉及一种基于动态PLE技术的虚拟机协同调度方法。

背景技术

虚拟化技术抽象计算机的物理资源，向上呈现虚拟硬件接口，使得多个操作系统能够在同一物理设备上运行。利用虚拟化技术，将原本运行于多台物理设备的服务整合到同一台物理服务器上，提高物理资源利用率的同时减少了企业在IT基础设施上的管理维护成本。另一方面通过虚拟化技术对物理资源的管理，能够对资源进行动态配置，对于各种业务适应性更强。同时虚拟化技术能够对虚拟服务器进行监控和隔离，确保虚拟服务器的正常运行以及虚拟服务器之间能够相互独立。此外，虚拟服务器能够更快捷的进行复制转移，提高可用性以及灾难恢复速度。因此，虚拟化技术成为云计算以及数据中心不可或缺的一部分。

虚拟机监控器（Virtual Machine Monitor，VMM）是目前主流的虚拟化技术，介于硬件与传统操作系统之间，负责管理计算机的物理资源，包括内存、CPU以及I/O设备等硬件资源，并虚拟出硬件接口供上层使用，使得多个操作系统能够在同一个物理设备上运行。

同时为了能够更好地提升虚拟化服务器的性能，硬件上也添加了对虚拟化的支持。Intel的VT系列虚拟化技术，提供了对虚拟化技术的支持，使得虚拟机的性能得到显著提升。

虚拟机监控器的引入，使得很多在传统操作系统中已经解决的问题出现了新的变化，同时也使得传统操作系统中现有的一些机制出现新的问题。在传统的操作系统中自旋锁（Spin-Lock）用于解决CPU之间对于共享资源的竞争。当多个CPU需要获取同一个自旋锁时，只有一个CPU可以持有该锁，其它的CPU则一直循环检测自旋锁是否被释放。传统的操作系统中持有自旋锁的CPU在非常短的时间内会将锁释放，这样等待自旋锁的CPU循环检测的时间并不会很长。但在虚拟化环境中，虚拟机中持有自旋锁的VCPU可能被虚拟机监控器调度出物理CPU，使得该虚拟机中等待该自旋锁的其它VCPU一直处于循环检测自旋锁的状态，该问题被称为LHP（Lock Holder Preemption，自旋锁持有者被抢占）问题，会导致虚拟机性能的下降。

为了解决上述LHP问题，现有的技术方案包括虚拟机中VCPU的协同调度和VCPU的忙等检测。虚拟机中VCPU的协同调度指的是将虚拟机中的一组VCPU（可以是虚拟机中全部VCPU也可以是部分VCPU）同时调度进物理CPU，这样可以有效减少LHP现象的出现，但是这种方法会造成CPU资源的碎片化以及系统延迟的不确定性增加等问题。VCPU的忙等检测，指的是在检测到VCPU忙等时将VCPU调度出物理CPU，主要分为基于虚拟机的VCPU忙等检测和基于硬件支持的VCPU忙等检测。基于虚拟机的VCPU忙等检测需要对虚拟机操作系统进行修改，在虚拟机中出现VCPU忙等时通知VMM，这种方法因为需要修改虚拟机操作系统，适用范围受限制。基于硬件支持的VCPU忙等检测需要设置虚拟机控制结构中的忙等检测参数，这些参数在计算机处于不同负载下的最优值是需要变化的。将虚拟机中VCPU的协同调度与参数动态调整的VCPU忙等检测相结合可以降低协同调度带来的负面影响，同时提高虚拟机的性能。

当前基于硬件支持的VCPU忙等检测主要是PLE（Pause Loop Exit）技术，其中忙等检测参数是PLE_GAP和PLE_WINDOW。在VCPU进行忙等时，会执行Pause指令，若两个连续的Pause指令在PLE_GAP指定的时间范围内，则可以认为该VCPU是由于等待同一个自旋锁而导致的忙等，当这种连续的Pause指令超过PLE_WINDOW指定的时间范围时，则认为该VCPU忙等时间过长，此时PLE向VMM层的调度模块提供触发信息，调度模块将该VCPU调度出物理CPU，之后从物理CPU的运行队列中选择下一个VCPU进入该物理CPU中运行，触发执行过程如图1所示。

现有PLE技术的运用中有将参数固定不变的静态PLE技术，也有根据计算机在不同负载时动态变化参数以取其最优值的动态PLE技术。

在现有的技术方案中，对VPN的协同调度和动态PLE技术只单独使用其中之一，前者仅仅基于静态PLE技术，其利用PLE的触发信息对虚拟机中的VCPU进行协同调度，并没有考虑在不同负载情况下PLE参数的调整。后者对PLE参数在不同负载情况下进行动态调整，并没有利用VCPU的协同调度减少LHP的发生。