[发明专利]一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机虚拟化技术领域，尤其涉及一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置及方法。

背景技术

虚拟化是云计算关键技术之一。虚拟化技术可以将一台物理计算机系统虚拟化为一台或多台虚拟计算机系统。每个虚拟计算机系统(简称为客户机或虚拟机)都拥有自己的虚拟硬件(如CPU、内存和设备等)，来提供一个独立的虚拟机执行环境。而运行虚拟机的真实物理计算机系统则成为宿主机。虚拟化技术由于其具有的容错性和高资源利用率而广泛应用在云计算和高性能计算等领域。目前比较有代表性的云计算提供商包括阿里云和亚马逊云等。

在虚拟化环境里，虚拟机监视器(Virtual Machine Management,VMM)是存在于硬件和操作系统之间的一个软件管理层，其主要负责管理真实的物理资源，如CPU、内存及I/O设备等，并将底层的硬件资源抽象为对应的虚拟设备接口供虚拟机使用

与此同时，非一致性内存访问(Non-Uniform Memory Access,NUMA)架构因其可扩展性已经成为了现代服务器的主流架构。如图1所示，NUMA架构的基本特征是具有多个CPU模块，每个CPU模块由多个CPU核(如8个)组成，并且具有独立的本地内存、I/O插槽等。由于其节点之间通过互联模块(如Intel的Quick Path Interconnect)进行连接和信息交互，因此每个CPU可以访问整个系统的内存。显然，访问本地内存的速度将远远高于访问远程内存(系统内其它节点的内存)的速度。NUMA架构给虚拟机的性能优化带来了明显的挑战，因为宿主机的NUMA拓扑架构对于虚拟机来说往往是透明不可见的。

现在基本上所有的虚拟机监视器，包括Xen，KVM和VMware ESXi采用的方法都是尽量将一个虚拟机的虚拟CPU(VCPU)和所有的内存都调度到一个节点上来保持本地访问，但是这种方法存在很大的缺陷，因为系统的负载均衡技术和其他技术会动态的平衡CPU和内存间的负载，导致原本的放置策略被干扰，最后使策略失效。因此，在NUMA架构下，如何对虚拟机的VCPU和内存进行调度优化，已成为如今的一个热门研究领域。

然而，研究人员在研究NUMA调度优化算法时，除了实现算法，还需要考虑如何在特定平台系统上实现虚拟机性能信息、系统NUMA拓扑信息等的收集，虚拟机VCPU和内存的调度等具体的细节。除此之外，在实现NUMA调度优化算法时，还需要考虑不同的VMM，比如XEN,KVM的接口的不同，这对于NUMA调度优化算法研究来说，是很大的负担，严重影响了研究者研究NUMA调度优化算法的效率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置及方法，在NUMA架构下，通过发明的一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置，研究者只需关注NUMA调度优化算法的实现，无需操心虚拟机信息、性能等数据的收集和虚拟机的具体调度等细节，从而极大的提高研究者的研究效率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置及方法，在NUMA架构下，通过发明的一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置，研究者只需关注NUMA调度优化算法的实现，无需操心虚拟机信息、性能等数据的收集和虚拟机的具体调度等细节，从而极大的提高研究者的研究效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置，包括性能监控模块、算法实现接口模块和虚拟机调度模块；其中，

性能监控模块被设置为通过使用操作系统内核的性能监控单元来监控特定的性能事件；

算法实现接口模块被设置为通过暴露虚拟机调度函数接口给研究者实现，并将性能监控模块的信息传递给算法实现者，算法实现者通过函数返回调度决策；

虚拟机调度模块被设置为根据算法实现接口模块返回的调度决策进行相应的虚拟机VCPU和虚拟机内存的调度。

进一步地，性能监控模块监控的性能事件包括虚拟机的CPU使用率、内存使用率、缓存丢失率和I/O性能数据。

本发明还提供了一种非一致性内存访问架构下的虚拟机调度装置的方法，包括以下步骤：

步骤1、性能监控模块获取宿主机NUMA拓扑信息，并通过内核PMU监控虚拟机性能事件；

步骤2、将宿主机NUMA拓扑信息和虚拟机性能事件传递给算法实现接口模块；

步骤3、算法实现接口模块调用算法，等待调度算法执行完毕后将调度算法得出的调度决策传递给虚拟机调度模块；