基于I/O受限进程识别的虚拟处理器调度机制
发布时间：2020-12-18 05:01
针对多核平台的虚拟化环境中客户机与虚拟机管理器（virtual machine monitor,VMM）之间语义缝隙造成客户机I/O性能下降的问题,提出了一种基于I/O受限进程识别的虚拟处理器（virtual CPU,vCPU）调度机制。该机制在客户机内部利用推断技术识别I/O受限进程,通过客户机与VMM的协作实现I/O事件与I/O受限进程的关联,利用保证客户机之间公平性的虚拟对称多核处理器（virtual symmetric multi-core processor,vSMP）Internal调度算法,优先调度与I/O事件关联的I/O受限进程所在的vCPU来桥接客户机与VMM之间的语义缝隙,提高拥有vSMP的客户机中I/O负载性能。测试结果表明,相比于KVM虚拟化环境的CFS调度机制,该机制可以在保证客户机CPU公平性的前提下,有效提升运行混合负载的vSMP客户机中I/O负载性能,同时只增加较小的客户机额外开销,可以应用在负载多样性和不可预测性的虚拟桌面和云计算环境中。
【文章来源】：西安交通大学学报. 2015年04期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１混合负载中ｖＣＰＵ处理Ｉ／Ｏ请求过程
程开始运行之间的延迟（Ｔ５－Ｔ６）。这两种延迟导致Ｉ／Ｏ受限进程等待时间增多，影响Ｉ／Ｏ受限进程的响应时间和吞吐率。单一负载情况下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ以及ＩＯ－ｖＣＰＵ经常处于空闲状态，ＶＭＭ会优先调度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ运行。在混合负载的情况下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ中的ＣＰＵ受限进程消耗掉ＶＭＭ分配给它们的ＣＰＵ资源，导致ＶＭＭ调度其他进程抢占Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ。图２ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度过程为了减少混合负载情况下这两种延迟，当Ｉ／Ｏ事件到来后，需要给Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ更多的运行机会。ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度算法过程如图２所示，当Ｉ／Ｏ事件对应的虚拟Ｉ／Ｏ中断挂起到Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ后，如果Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ没有在物理ＣＰＵ上运行或者在很长的一段时间之后才会运行，则立即调度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ来完成虚拟Ｉ／Ｏ中断处理，以减少第一种延迟。同时，在Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ完成虚拟Ｉ／Ｏ中断处理之后，为了减少第二种延迟也要立即调度ＩＯ－ｖＣＰＵ运行，Ｉ／Ｏ受限进程才能处理数据并完成Ｉ／Ｏ５５
隙的问题导致ＶＭＭ无法获得客户机内部进程的详细信息，所以无法在ＶＭＭ中直接实现关联函数ｈ。但是，如果存在一个媒介集合Ｂ，并且可以找到两个函数ｆ和ｇ，使得ｆ是从Ａ到Ｂ的函数（记为ｆ：Ａ→Ｂ），ｇ是从Ｂ到Ｃ的函数（记为ｇ：Ｂ→Ｃ），那么，复合关系ｆ?ｇ就是从Ａ到Ｃ的函数（记为ｇ?ｆ）。因此，为了得到ｈ：Ａ→Ｃ，需要找到媒介集合Ｂ，并且实现ｆ：Ａ→Ｂ以及ｇ：Ｂ→Ｃ，如图３所示。图３Ｉ／Ｏ事件与Ｉ／Ｏ受限进程关联媒介集合的选取是实现关联的基础，不同类型的设备需要选取不同的媒介集合来实现该类型设备发出的Ｉ／Ｏ事件与访问该设备的Ｉ／Ｏ受限进程之间的关联。设备模拟程序负责完成客户机Ｉ／Ｏ请求并产生Ｉ／Ｏ事件，因此可以很容易地在ＶＭＭ层实现函数ｆ。客户机可以通过监控Ｉ／Ｏ受限进程与Ｉ／Ｏ设备的交互来实现函数ｇ。这种ＶＭＭ与客户机合作的方法，可以有效地实现Ｉ／Ｏ事件与Ｉ／Ｏ受限进程的关联。２ｖＣＰＵ调度机制实现本节讲述基于Ｉ／Ｏ受限进程识别的ｖＣＰＵ调度机制在ＫＶＭ（Ｋｅｒｎｅｌ－ｂａｓｅｄＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）［１４］虚拟化环境中的具体实现。宿主机与客户机操作系统均为Ｃｅｎｔｏｓ５．８，内核版本３．１０．２１。ＫＶＭ版本为ｋｖｍ－ｋｍｏｄ－３．１０．２１，模拟处理器的自由软件ＱＥＭＵ版本为ｑｅｍｕ－１．２．０。图４ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度系统框图图４为系统的结构框图，ＩＯ－Ｔｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]多核环境下虚拟机VCPU调度研究:问题与挑战[J]. 金海,钟阿林,吴松,石宣化. 计算机研究与发展. 2011(07)
本文编号：2923401
【文章来源】：西安交通大学学报. 2015年04期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１混合负载中ｖＣＰＵ处理Ｉ／Ｏ请求过程
程开始运行之间的延迟（Ｔ５－Ｔ６）。这两种延迟导致Ｉ／Ｏ受限进程等待时间增多，影响Ｉ／Ｏ受限进程的响应时间和吞吐率。单一负载情况下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ以及ＩＯ－ｖＣＰＵ经常处于空闲状态，ＶＭＭ会优先调度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ运行。在混合负载的情况下，Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ中的ＣＰＵ受限进程消耗掉ＶＭＭ分配给它们的ＣＰＵ资源，导致ＶＭＭ调度其他进程抢占Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ。图２ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度过程为了减少混合负载情况下这两种延迟，当Ｉ／Ｏ事件到来后，需要给Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ和ＩＯ－ｖＣＰＵ更多的运行机会。ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度算法过程如图２所示，当Ｉ／Ｏ事件对应的虚拟Ｉ／Ｏ中断挂起到Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ后，如果Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ没有在物理ＣＰＵ上运行或者在很长的一段时间之后才会运行，则立即调度Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ来完成虚拟Ｉ／Ｏ中断处理，以减少第一种延迟。同时，在Ｉｎｔｒ－ｖＣＰＵ完成虚拟Ｉ／Ｏ中断处理之后，为了减少第二种延迟也要立即调度ＩＯ－ｖＣＰＵ运行，Ｉ／Ｏ受限进程才能处理数据并完成Ｉ／Ｏ５５
隙的问题导致ＶＭＭ无法获得客户机内部进程的详细信息，所以无法在ＶＭＭ中直接实现关联函数ｈ。但是，如果存在一个媒介集合Ｂ，并且可以找到两个函数ｆ和ｇ，使得ｆ是从Ａ到Ｂ的函数（记为ｆ：Ａ→Ｂ），ｇ是从Ｂ到Ｃ的函数（记为ｇ：Ｂ→Ｃ），那么，复合关系ｆ?ｇ就是从Ａ到Ｃ的函数（记为ｇ?ｆ）。因此，为了得到ｈ：Ａ→Ｃ，需要找到媒介集合Ｂ，并且实现ｆ：Ａ→Ｂ以及ｇ：Ｂ→Ｃ，如图３所示。图３Ｉ／Ｏ事件与Ｉ／Ｏ受限进程关联媒介集合的选取是实现关联的基础，不同类型的设备需要选取不同的媒介集合来实现该类型设备发出的Ｉ／Ｏ事件与访问该设备的Ｉ／Ｏ受限进程之间的关联。设备模拟程序负责完成客户机Ｉ／Ｏ请求并产生Ｉ／Ｏ事件，因此可以很容易地在ＶＭＭ层实现函数ｆ。客户机可以通过监控Ｉ／Ｏ受限进程与Ｉ／Ｏ设备的交互来实现函数ｇ。这种ＶＭＭ与客户机合作的方法，可以有效地实现Ｉ／Ｏ事件与Ｉ／Ｏ受限进程的关联。２ｖＣＰＵ调度机制实现本节讲述基于Ｉ／Ｏ受限进程识别的ｖＣＰＵ调度机制在ＫＶＭ（Ｋｅｒｎｅｌ－ｂａｓｅｄＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）［１４］虚拟化环境中的具体实现。宿主机与客户机操作系统均为Ｃｅｎｔｏｓ５．８，内核版本３．１０．２１。ＫＶＭ版本为ｋｖｍ－ｋｍｏｄ－３．１０．２１，模拟处理器的自由软件ＱＥＭＵ版本为ｑｅｍｕ－１．２．０。图４ｖＳＭＰＩｎｔｅｒｎａｌ调度系统框图图４为系统的结构框图，ＩＯ－Ｔｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]多核环境下虚拟机VCPU调度研究:问题与挑战[J]. 金海,钟阿林,吴松,石宣化. 计算机研究与发展. 2011(07)
本文编号：2923401
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