基于I/O受限進程識別的虛擬處理器調(diào)度機制
發(fā)布時間：2020-12-18 05:01
針對多核平臺的虛擬化環(huán)境中客戶機與虛擬機管理器（virtual machine monitor,VMM）之間語義縫隙造成客戶機I/O性能下降的問題,提出了一種基于I/O受限進程識別的虛擬處理器（virtual CPU,vCPU）調(diào)度機制。該機制在客戶機內(nèi)部利用推斷技術(shù)識別I/O受限進程,通過客戶機與VMM的協(xié)作實現(xiàn)I/O事件與I/O受限進程的關(guān)聯(lián),利用保證客戶機之間公平性的虛擬對稱多核處理器（virtual symmetric multi-core processor,vSMP）Internal調(diào)度算法,優(yōu)先調(diào)度與I/O事件關(guān)聯(lián)的I/O受限進程所在的vCPU來橋接客戶機與VMM之間的語義縫隙,提高擁有vSMP的客戶機中I/O負(fù)載性能。測試結(jié)果表明,相比于KVM虛擬化環(huán)境的CFS調(diào)度機制,該機制可以在保證客戶機CPU公平性的前提下,有效提升運行混合負(fù)載的vSMP客戶機中I/O負(fù)載性能,同時只增加較小的客戶機額外開銷,可以應(yīng)用在負(fù)載多樣性和不可預(yù)測性的虛擬桌面和云計算環(huán)境中。
【文章來源】：西安交通大學(xué)學(xué)報. 2015年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
圖１混合負(fù)載中ｖＣＰＵ處理Ｉ／Ｏ請求過程
程開始運行之間的延遲（Ｔ５－Ｔ６）。這兩種延遲導(dǎo)致Ｉ／Ｏ受限進程等待時間增多，影響Ｉ／Ｏ受限進程的響應(yīng)時間和吞吐率。單一負(fù)載情況下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ以及ＩＯ－ｖＣＰＵ經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，ＶＭＭ會優(yōu)先調(diào)度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ運行。在混合負(fù)載的情況下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ中的ＣＰＵ受限進程消耗掉ＶＭＭ分配給它們的ＣＰＵ資源，導(dǎo)致ＶＭＭ調(diào)度其他進程搶占Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ。圖２ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度過程為了減少混合負(fù)載情況下這兩種延遲，當(dāng)Ｉ／Ｏ事件到來后，需要給Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ更多的運行機會。ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度算法過程如圖２所示，當(dāng)Ｉ／Ｏ事件對應(yīng)的虛擬Ｉ／Ｏ中斷掛起到Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ后，如果Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ沒有在物理ＣＰＵ上運行或者在很長的一段時間之后才會運行，則立即調(diào)度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ來完成虛擬Ｉ／Ｏ中斷處理，以減少第一種延遲。同時，在Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ完成虛擬Ｉ／Ｏ中斷處理之后，為了減少第二種延遲也要立即調(diào)度ＩＯ－ｖＣＰＵ運行，Ｉ／Ｏ受限進程才能處理數(shù)據(jù)并完成Ｉ／Ｏ５５
隙的問題導(dǎo)致ＶＭＭ無法獲得客戶機內(nèi)部進程的詳細(xì)信息，所以無法在ＶＭＭ中直接實現(xiàn)關(guān)聯(lián)函數(shù)ｈ。但是，如果存在一個媒介集合Ｂ，并且可以找到兩個函數(shù)ｆ和ｇ，使得ｆ是從Ａ到Ｂ的函數(shù)（記為ｆ：Ａ→Ｂ），ｇ是從Ｂ到Ｃ的函數(shù)（記為ｇ：Ｂ→Ｃ），那么，復(fù)合關(guān)系ｆ?ｇ就是從Ａ到Ｃ的函數(shù)（記為ｇ?ｆ）。因此，為了得到ｈ：Ａ→Ｃ，需要找到媒介集合Ｂ，并且實現(xiàn)ｆ：Ａ→Ｂ以及ｇ：Ｂ→Ｃ，如圖３所示。圖３Ｉ／Ｏ事件與Ｉ／Ｏ受限進程關(guān)聯(lián)媒介集合的選取是實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)，不同類型的設(shè)備需要選取不同的媒介集合來實現(xiàn)該類型設(shè)備發(fā)出的Ｉ／Ｏ事件與訪問該設(shè)備的Ｉ／Ｏ受限進程之間的關(guān)聯(lián)。設(shè)備模擬程序負(fù)責(zé)完成客戶機Ｉ／Ｏ請求并產(chǎn)生Ｉ／Ｏ事件，因此可以很容易地在ＶＭＭ層實現(xiàn)函數(shù)ｆ。客戶機可以通過監(jiān)控Ｉ／Ｏ受限進程與Ｉ／Ｏ設(shè)備的交互來實現(xiàn)函數(shù)ｇ。這種ＶＭＭ與客戶機合作的方法，可以有效地實現(xiàn)Ｉ／Ｏ事件與Ｉ／Ｏ受限進程的關(guān)聯(lián)。２ｖＣＰＵ調(diào)度機制實現(xiàn)本節(jié)講述基于Ｉ／Ｏ受限進程識別的ｖＣＰＵ調(diào)度機制在ＫＶＭ（Ｋｅｒｎｅｌ－ｂａｓｅｄＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）［１４］虛擬化環(huán)境中的具體實現(xiàn)。宿主機與客戶機操作系統(tǒng)均為Ｃｅｎｔｏｓ５．８，內(nèi)核版本３．１０．２１。ＫＶＭ版本為ｋｖｍ－ｋｍｏｄ－３．１０．２１，模擬處理器的自由軟件ＱＥＭＵ版本為ｑｅｍｕ－１．２．０。圖４ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度系統(tǒng)框圖圖４為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，ＩＯ－Ｔｒ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]多核環(huán)境下虛擬機VCPU調(diào)度研究:問題與挑戰(zhàn)[J]. 金海,鐘阿林,吳松,石宣化. 計算機研究與發(fā)展. 2011(07)
本文編號：2923401
【文章來源】：西安交通大學(xué)學(xué)報. 2015年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
圖１混合負(fù)載中ｖＣＰＵ處理Ｉ／Ｏ請求過程
程開始運行之間的延遲（Ｔ５－Ｔ６）。這兩種延遲導(dǎo)致Ｉ／Ｏ受限進程等待時間增多，影響Ｉ／Ｏ受限進程的響應(yīng)時間和吞吐率。單一負(fù)載情況下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ以及ＩＯ－ｖＣＰＵ經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，ＶＭＭ會優(yōu)先調(diào)度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ運行。在混合負(fù)載的情況下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ中的ＣＰＵ受限進程消耗掉ＶＭＭ分配給它們的ＣＰＵ資源，導(dǎo)致ＶＭＭ調(diào)度其他進程搶占Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ。圖２ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度過程為了減少混合負(fù)載情況下這兩種延遲，當(dāng)Ｉ／Ｏ事件到來后，需要給Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ更多的運行機會。ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度算法過程如圖２所示，當(dāng)Ｉ／Ｏ事件對應(yīng)的虛擬Ｉ／Ｏ中斷掛起到Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ后，如果Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ沒有在物理ＣＰＵ上運行或者在很長的一段時間之后才會運行，則立即調(diào)度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ來完成虛擬Ｉ／Ｏ中斷處理，以減少第一種延遲。同時，在Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ完成虛擬Ｉ／Ｏ中斷處理之后，為了減少第二種延遲也要立即調(diào)度ＩＯ－ｖＣＰＵ運行，Ｉ／Ｏ受限進程才能處理數(shù)據(jù)并完成Ｉ／Ｏ５５
隙的問題導(dǎo)致ＶＭＭ無法獲得客戶機內(nèi)部進程的詳細(xì)信息，所以無法在ＶＭＭ中直接實現(xiàn)關(guān)聯(lián)函數(shù)ｈ。但是，如果存在一個媒介集合Ｂ，并且可以找到兩個函數(shù)ｆ和ｇ，使得ｆ是從Ａ到Ｂ的函數(shù)（記為ｆ：Ａ→Ｂ），ｇ是從Ｂ到Ｃ的函數(shù)（記為ｇ：Ｂ→Ｃ），那么，復(fù)合關(guān)系ｆ?ｇ就是從Ａ到Ｃ的函數(shù)（記為ｇ?ｆ）。因此，為了得到ｈ：Ａ→Ｃ，需要找到媒介集合Ｂ，并且實現(xiàn)ｆ：Ａ→Ｂ以及ｇ：Ｂ→Ｃ，如圖３所示。圖３Ｉ／Ｏ事件與Ｉ／Ｏ受限進程關(guān)聯(lián)媒介集合的選取是實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)，不同類型的設(shè)備需要選取不同的媒介集合來實現(xiàn)該類型設(shè)備發(fā)出的Ｉ／Ｏ事件與訪問該設(shè)備的Ｉ／Ｏ受限進程之間的關(guān)聯(lián)。設(shè)備模擬程序負(fù)責(zé)完成客戶機Ｉ／Ｏ請求并產(chǎn)生Ｉ／Ｏ事件，因此可以很容易地在ＶＭＭ層實現(xiàn)函數(shù)ｆ。客戶機可以通過監(jiān)控Ｉ／Ｏ受限進程與Ｉ／Ｏ設(shè)備的交互來實現(xiàn)函數(shù)ｇ。這種ＶＭＭ與客戶機合作的方法，可以有效地實現(xiàn)Ｉ／Ｏ事件與Ｉ／Ｏ受限進程的關(guān)聯(lián)。２ｖＣＰＵ調(diào)度機制實現(xiàn)本節(jié)講述基于Ｉ／Ｏ受限進程識別的ｖＣＰＵ調(diào)度機制在ＫＶＭ（Ｋｅｒｎｅｌ－ｂａｓｅｄＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）［１４］虛擬化環(huán)境中的具體實現(xiàn)。宿主機與客戶機操作系統(tǒng)均為Ｃｅｎｔｏｓ５．８，內(nèi)核版本３．１０．２１。ＫＶＭ版本為ｋｖｍ－ｋｍｏｄ－３．１０．２１，模擬處理器的自由軟件ＱＥＭＵ版本為ｑｅｍｕ－１．２．０。圖４ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ調(diào)度系統(tǒng)框圖圖４為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，ＩＯ－Ｔｒ
【參考文獻】：
期刊論文
[1]多核環(huán)境下虛擬機VCPU調(diào)度研究:問題與挑戰(zhàn)[J]. 金海,鐘阿林,吳松,石宣化. 計算機研究與發(fā)展. 2011(07)
本文編號：2923401
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