[发明专利]一种基于多核动态划分的非对称虚拟机I/O调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚拟机调度方法，尤其是一种面向多核平台的、非对称的虚拟机I/O调 度方法，属于计算机操作系统与虚拟化技术领域。

背景技术

计算机硬件技术的不断发展使得服务器的性能迅速增长，为了在保证安全与隔离的前提   下充分利用系统资源，虚拟化技术应运而生，其基本思想是利用虚拟机监视器(VMM)软件 薄层对底层硬件资源进行管理，同时对上层提供多个相互隔离的虚拟硬件执行环境(VM)， 进而使得同一台物理主机之上可以运行多个不同的操作系统。早在上世纪60年代，IBM便 最早在360系列大型机中使用了系统虚拟化技术，将服务器资源以复用的方式分配给多个用 户，而近些年来，虚拟化技术在服务器资源整合、安全、容错等领域都得到了广泛的应用。 目前，已经出现了多个商业和开源的虚拟机项目，包括Vmware公司的ESX系列与 workstation系列，微软的Virtual PC，Sun公司的Solaris Container等，此外IBM公 司也在其大型服务器领域一直提供了虚拟化技术的支持。开源社区中，目前最广泛研究的虚 拟机系统包括KVM和Xen，前者由剑桥大学的相关研究人员开发，而后者则由Qumranet 公司组织完成，目前，两者都已作为虚拟化方案整合入Linux内核。

虚拟机系统包含多个相互独立的Domain(域)，每个域都包含完整的虚拟硬件执行环境， 包括虚拟处理器，虚拟设备、虚拟存储等，都可以运行各自的操作系统并承载用户所需的计 算任务，各个域之间由VMM负责实现隔离和保护。现有主流虚拟机系统为提高安全和隔离 性能，通常将设备驱动程序置于一个特殊的域驱动Domain(驱动域)中，并为其开放硬件 端口的访问权限，而其它所有Domain的设备访问请求均通过虚拟设备访问接口发送到驱动 Domain，由其代为执行，虚拟设备访问接口的建立需要在VMM控制之下进行，以便其可 以控制Domain的设备访问行为。此时，由于所有Domain的设备访问操作均需要通过驱 动Domain进行，而驱动Domain只有在被调度时才能够响应其它Domain的设备访问请 求并进行处理，因此系统对各个Domain采用的调度策略将对其I/O性能产生决定性的影响。

传统的虚拟机系统为满足服务器领域的应用需求，其调度方法会首先考虑系统的资源利 用率与分配的公平性，且大都优先考虑了计算密集型应用的特点，因此其设计原则通常是在 保证调度公平性的基础上最大化的利用系统资源，典型的如Creidt调度策略。但此时，因调 度带来的I/O请求响应延迟会导致I/O密集型应用的性能产生严重的下降。虽然使用自虚拟 化设备和VM-bypass的设备访问方式可以有效提高I/O性能，但对于大多数需要共享的普 通设备，该方法无法解决调度延迟带来的性能瓶颈。部分现有的虚拟机调度方法提供了相关 的优化策略，如Xen系统的Boost/tickle机制及Partial Boost机制，该类方法可以较好 的满足单一应用类型条件下的I/O性能瓶颈问题，但面对复杂的应用类型，如I/O计算混合 型负载，该类方法仍然难以获得理想的I/O性能；不仅如此，现有的虚拟机系统大都采用全 局统一的调度策略，各个处理器核的调度决策条件均保持一致，但由于实际运行负载类型的 多样化，其资源需求特性都有所不同，此时VMM很难提供一种有效的资源分配手段。此外 现有的虚拟机调度算法大都针对单核系统设计，很少考虑多核环境的应用场景，不能充分利 用多核结构的特点，而多核以及众核已经成为了未来硬件平台的发展趋势，因此如何在该环 境下，有效利用系统处理器资源，以达到优化系统性能的目的，也是虚拟机调度算法设计中 需要解决的关键问题之一。

发明内容