基于kvm平臺的虛擬機cpu資源預(yù)留算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及CPU虛擬化、資源預(yù)留等技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是基于KVM平臺的虛擬機 CHJ資源預(yù)留算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著虛擬化平臺的部署實施，信息化建設(shè)的基本架構(gòu)、業(yè)務(wù)處理等方式都發(fā)生了 轉(zhuǎn)變。虛擬化技術(shù)是對單臺機器上的真實物理資源進行重新劃分、配置，形成多個獨立的虛 擬分區(qū)，分別作為獨立的操作系統(tǒng)進行工作。虛擬化涉及的資源包括CPU、內(nèi)存、磁盤、IO等， 其中CPU虛擬化是很重要的構(gòu)成部分。在KVM全虛擬化技術(shù)框架下，虛擬機可以過載使用物 理資源，即給虛擬機分配的CHJ和內(nèi)存數(shù)量多于物理機上實際存在的資源。
[0003] 在KVM中默認的CPU分配算法是CFS(完全公平調(diào)度)算法，CFS的總體思想就是盡量 使進程按照設(shè)定的優(yōu)先級盡量公平的被調(diào)度。以前的進程被調(diào)度執(zhí)行的硬件時間片和操作 系統(tǒng)調(diào)度的軟件時間片差好幾個數(shù)量級，CFS算法是基于一個理想的，精確的多任務(wù)CPU設(shè) 計的，算法模擬了硬件的實現(xiàn)，通過分割CHJ的時間使得每個任務(wù)的運行時間總是相等的。 實現(xiàn)上，在每個任務(wù)控制塊的調(diào)度實體上有一個變量vruntime保存了本任務(wù)的運行時間， 調(diào)度時找時間最小的任務(wù)運行，使得最后每個任務(wù)的運行時間都相等。不會在運行時間最 小的任務(wù)剛大于第二小的任務(wù)時就觸發(fā)調(diào)度，這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁的進行任務(wù)切換消耗更 多資源。例如剛開始任務(wù)ti和t2的vruntime相等，任務(wù)ti運行非常小的時間，判斷ti的運行 時間大于〖 2，檢查這兩者的差值是否大于系統(tǒng)設(shè)置的調(diào)度粒度，SPti-hruntime-ts-〉 vruntime>sysctl_sched_min_granularity 才運行觸發(fā)一次調(diào)度。ti、t2 的狀態(tài)為 ready。另 外一個調(diào)度粒度是sysctl_sched_wakeup_granularity，這個表示當前任務(wù)的運行時間必 須大于被喚醒任務(wù)的運行時間+該粒度值，才運行觸發(fā)調(diào)度。所有待調(diào)度的任務(wù)以vruntime 為key值，通過rbtree進行排序。任務(wù)觸發(fā)一次yield操作時，會把任務(wù)放到rbtree的最右 邊，表示最后調(diào)度。
[0004] CFS算法中也可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級分配運行時間，相同運行時間下，可以保證優(yōu) 先級高的任務(wù)運行的時間更長。雖然優(yōu)先級高的任務(wù)運行時間更長，但是不能保證高優(yōu)先 級任務(wù)能在分配的運行時間內(nèi)比其他任務(wù)先完成，這可能仍然達不到高優(yōu)先級任務(wù)首先被 執(zhí)行的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于KVM平臺的虛擬機CPU資源預(yù)留算法，通過對KVM接口 調(diào)用獲取虛擬機運行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析判斷虛擬機的運行狀態(tài)，及時采取相應(yīng)的調(diào) 度策略，調(diào)整虛擬機處理器資源，以充分發(fā)揮處理器作用，提高虛擬機響應(yīng)性能;保證優(yōu)先 級高的任務(wù)能夠有充足的資源完成執(zhí)行目標，一個調(diào)度周期中，保證高優(yōu)先級任務(wù)充分完 成的情況下，恢復(fù)剩余時間為公平調(diào)度模式，使更多任務(wù)能夠及時被響應(yīng)。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):基于KVM平臺的虛擬機CPU資源預(yù)留算法，包括以 下步驟：
[0007] 1)在內(nèi)核態(tài)通過獲取用戶設(shè)置的資源預(yù)留參數(shù)，根據(jù)虛擬機優(yōu)先級公式計算出虛 擬機的優(yōu)先級S i的理論值，通過虛擬機的進程i d找到內(nèi)核態(tài)t a S k _ S t r u C t數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將 task_strUCt數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的進程優(yōu)先級設(shè)置為S1;
[0008] 2)經(jīng)步驟1)后，另一個以t為周期的虛擬機定時器任務(wù)將會被觸發(fā)，在該任務(wù)中通 過對虛擬機的優(yōu)先級理論值與虛擬機實際運行時間值進行比較，當虛擬機實際運行時 間值大于等于虛擬機的優(yōu)先SS 1的理論值時，所述達到理論預(yù)留時間片的虛擬機將從資源 預(yù)留算法恢復(fù)到默認的CFS算法。
[0009] 進一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述步驟2)包括以下具 體步驟：
[0010] 2-1)內(nèi)核態(tài)獲取預(yù)留參數(shù)后，比較判斷以t為周期的虛擬機定時器當前是否達到 虛擬機統(tǒng)計時間T周期；
[0011] 2-2)經(jīng)步驟2-1)后，如果以t為周期的虛擬機定時器當前達到虛擬機統(tǒng)計時間T周 期，則將虛擬機的調(diào)度優(yōu)先級設(shè)置成虛擬機的優(yōu)先SS 1理論值，否則執(zhí)行步驟2-3);
[0012] 2-3)判斷用戶是否重新更改了虛擬機的資源預(yù)留值Ri，或者是否有新的虛擬機加 入到資源預(yù)留隊列中，如果為是則重復(fù)步驟2-2)，如果為否則執(zhí)行步驟2-4);
[0013] 2-4)計算每個虛擬機的實際運行時間；
[0014] 2-5)經(jīng)步驟2-4)后，判斷虛擬機實際運行時間是否大于等于理論預(yù)留時間片，如 果為是則將大于等于理論預(yù)留時間片的虛擬機的優(yōu)先級S 1恢復(fù)成默認值，所述達到理論預(yù) 留時間片的虛擬機將從資源預(yù)留算法恢復(fù)到默認的CFS算法;如果為否，則按照設(shè)置好的虛 擬機的優(yōu)先級S 1繼續(xù)運行。
[0015] 進一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述理論預(yù)留時間片包 括t周期內(nèi)虛擬機達到預(yù)留時間片的理論值tdP/或T周期內(nèi)虛擬機達到預(yù)留時間片的理論 值Ti;
[0018] 進一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述t為100ms，所述T為 Is0
[0019] 進一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:在步驟1)中，所述根據(jù)虛 擬機優(yōu)先級公式計算出虛擬機的優(yōu)先級S1具體為:利用虛擬機優(yōu)先級
算出虛擬機的優(yōu)先級Si，其中，i = 2,3,4......η，η為主機最大支持的虛擬機個數(shù)。
[0020] 進一步的為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式:所述用戶設(shè)置的資源預(yù) 留參數(shù)通過在用戶態(tài)內(nèi)采用下述步驟得到；
[0021] (1)設(shè)置預(yù)留值，用戶通過Iibvirt調(diào)用virsh命令設(shè)置虛擬機的CPU資源預(yù)留參 數(shù)；
[0022] (2)
[0023]經(jīng)步驟(1)后，用戶通過設(shè)置、修改、取消中的任意一種或多種此種方式進行CPU資 源預(yù)留參數(shù)的操作；
[0024] (3)經(jīng)步驟(2)后，通過IOCTL系統(tǒng)進行調(diào)用交給內(nèi)核態(tài)處理。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0026] 本發(fā)明通過對KVM接口調(diào)用獲取虛擬機運行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析判斷虛擬機 的運行狀態(tài)，及時采取相應(yīng)的調(diào)度策略，調(diào)整虛擬機處理器資源，以充分發(fā)揮處理器作用， 提尚虛擬機響應(yīng)性能;保證優(yōu)先級尚的任務(wù)能夠有充足的資源完成執(zhí)彳丁目標，一個調(diào)度周 期中，保證高優(yōu)先級任務(wù)充分完成的情況下，恢復(fù)剩余時間為公平調(diào)度模式，使更多任務(wù)能 夠及時被響應(yīng)。
[0027]本發(fā)明通過進程優(yōu)先級方式來保證虛擬機的資源預(yù)留。
[0028]本發(fā)明通過用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)分工實現(xiàn)，可以保證虛擬機在資源使用飽和的環(huán)境中 得到所預(yù)留的CPU資源，從而確保業(yè)務(wù)的實時性能。
[0029] 本發(fā)明通過改變KVM虛擬機的調(diào)度策略、運行優(yōu)先級，以及添加新的調(diào)度策略和綁 定虛擬機操作系統(tǒng)在指定的處理器上運行，使KVM虛擬機比其它Linux進程更有機會占有處 理器資源。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明在用戶態(tài)處理時的流程圖。
[0031] 圖2為本發(fā)明在內(nèi)核態(tài)處理時的流程圖。
[0032] 圖3為虛擬機在優(yōu)化前后CPU資源統(tǒng)計圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0034] CPU虛擬化:CPU的虛擬化技術(shù)就是單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行 多個操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高 計算機的工作效率。
[0035] 資源預(yù)留：資源預(yù)留是網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度中一種普遍采用的策略，可以保證任務(wù)在開 始執(zhí)行時獲得足夠的資源。當前資源預(yù)留的研究主要集中在計算資源預(yù)留的情況，本申請 文件中的資源預(yù)留是對虛擬機進程運行時虛擬處理器所占用的物理處理器資源的預(yù)留。
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