[发明专利]虚拟交换机中保障层次化时延的转发任务调度方法及系统

说明书

本发明提出一种虚拟交换机中保障层次化时延的转发任务调度方法及系统，包括：步骤1、为同一台服务器中各虚拟机分配转发任务调度的优先级，并根据该服务器中虚拟交换机的批处理能力，为各虚拟机的限速令牌桶设置一个阈值，构建各优先级对应的优先级队列；步骤2、根据优先级从优先级队列取出以虚拟机为单位的数据集合交由该虚拟交换机进行一批数据包的转发，判断该数据集合中的令牌数是否大于该阈值，若是则将数据集合写回于其对应的优先级队列，否则将数据集合放入等待队列中；步骤3、监测该等待队列中各数据集合中的令牌数，将该等待队列中令牌数大于该阈值的数据集合迁移至其对应的优先级队列。

技术领域

本发明涉及任务调度方法，提出了一种虚拟交换机中用于保障层次化时延的调度方法和系统。

背景技术

云计算由于其高性价比和灵活性，已经成为计算机产业中一种不可或缺的组成部分。得益于虚拟化技术，越来越多的企业采用在云平台上以虚拟机(VM)的方式来部署自己的应用和业务。这些同一个服务器上的众多VM通过一个虚拟交换机(vSwitch进程)来实现对网络的虚拟化。一个vSwitch进程同时为这么多VM提供流量转发和外部网络连接功能，这让vSwitch进程成为一个高度集中、资源竞争严重的虚拟化组件，对改善VM的网络延迟和提供差异化的服务提出了更高的要求。

在典型的云平台服务器上，vSwitch为VM进行流量转发的过程如图1所示。为了保证高效性，vSwitch会启动多个轮询线程(PMD线程)来集中处理网络I/O任务。这些PMD线程会一直顺序轮询每个VM的端口，检查是否有数据包发送，如果有则开启转发流程。整个转发流程分为三步，首先在“入端口”阶段，PMD线程为该VM拷贝一批数据包(从VM内存到vSwitch管理的I/O内存)；第二步是查表，PMD线程继续对这一批数据包进行查表操作，根据五元组寻找目的端口；最后一步是“出端口”，将这些数据包在目的端口上发送出去。转发流程内的步骤都是连续的且遵循批处理的原则，转发流程全部结束后PMD线程继续检查下一个VM的端口。

在现在的vSwitch中缺乏能够保障VM差异化时延的方法，现有的时延保障的方法都是沿袭自物理交换机的流量或数据包排队算法，在“出端口”阶段，让数据包根据一定规则排序，赋予每个数据包不同级别的等待时间。这种方法在物理交换机上非常有效，因为物理交换机强大的处理能力使得资源竞争和等待只会发生在“出端口”阶段，尤其是来自多个端口的流量在一个端口汇聚发送出去。但是在软件实现的vSwitch上，“出端口”阶段并非是时延的主要来源。由图1所示，“入端口”阶段多个VM都想要竞争一个PMD线程进入批处理流程，而同时vSwitch流程由于包含了数据包拷贝开销也很大。因此在软件的vSwitch中VM的主要时延来源是等待PMD线程完成其他VM的批处理流程，如果单纯地在网卡端口上使用传统的数据包排队方法并不能保证该时延，且更糟糕的是，随着VM部署的数量增多，所有VM都会无差别地面临着时延的剧增，这就需要一种适合vSwitch运行模式的调度方法来保证为VM提供差异化时延。

发明内容

本设计为了解决vSwitch中VM遭受的无差别高时延问题，提出了一种基于优先级的转发任务调度方法，来保障不同优先级的VM享有不同等级的最差时延。

针对现有技术的不足，本发明提出一种虚拟交换机中保障层次化时延的转发任务调度方法，其中包括：

步骤1、为同一台服务器中各虚拟机分配转发任务调度的优先级，并根据该服务器中虚拟交换机的批处理能力，为各虚拟机的限速令牌桶设置一个阈值，构建各优先级对应的优先级队列；

步骤2、根据优先级从高往低的顺序依次从各优先级队列中取出以虚拟机为单位的数据集合交由该虚拟交换机进行一批数据包的转发，判断该数据集合中的令牌数是否大于该阈值，若是则将数据集合写回于其对应的优先级队列，否则将数据集合放入等待队列中；其中在队列中的以虚拟机为单位的数据集合是虚拟机的结构体，包含了虚拟机的令牌桶、数据缓存区指针等信息，而真正的虚拟机和待转发数据包在虚拟机本地缓存。所以当虚拟交换机去转发时，会根据数据缓存区的指针找到对应的待转发数据包，进行转发。