[发明专利]虚拟机实时任务的调度方法、装置和虚拟机

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟机调度领域，尤其涉及一种虚拟机实时任务的调度方法、装置和虚拟机。

背景技术

随着云计算的快速发展，业内公司提供了越来越多的基于虚拟化技术的服务。它们逐步使用虚拟机代替了传统的物理机，这种方式能够充分利用物理资源，并且提供更好的服务，成为了一种主要发展趋势。

目前，最常被使用到的虚拟机是VMware ESX和Xen(VMware ESX是由VMware公司研发的软件产品，Xen则是剑桥大学创建的开放源代码虚拟机监视器)。Xen作为虚拟机监控程序，使得多个操作系统可以同时运行在单个计算机上，并且支持半虚拟化和虚拟机的在线迁移。在Xen虚拟机中，管理程序会提供区域来运行虚拟机。Dom0是特殊的驱动区域，类似底层物理硬件与其他区域之间的抽象层。因此，Dom0将处理所有I/O(input/output，输入/输出端口)请求。当某个虚拟机产生I/O请求，就会产生虚拟中断，然后将该请求提交给Dom0。类似于进程的上下文切换，在调度器切换虚拟机时，也需要完成相应的上下文切换(例如，运行中虚拟机的状态将被保存，而其它虚拟机的状态将被恢复)。由于上下文切换会带来额外的开销，因此需要根据不同的应用属性做出良好的决策，避免不合理的切换，从而更好的利用物理机。

为此，Xen虚拟机监控程序提供了三种CPU调度算法，Borrowed Virtual Time调度算法、Simple Earliest Deadline First调度算法以及信用调度算法。例如，在信用调度算法中，由于在MapReduce程序中有很多I/O操作，Kang等推迟Dom0来聚集更多的I/O事件一并处理，这大大减少了虚拟处理器VCPU上下文切换的频率。其中还引入了group_id与group_credit的定义，并提供了一种组调度策略，使得在虚拟集群中能更好的运行MapReduce(映射规约编程模型，一种用于大规模数据集的并行运算的编程模型)程序。基于Xen信用调度器、Hu等针对多核机器将核进行分类以处理不同类型的任务(驱动，I/O密集型，计算密集型)，而减少上下文切换的开销。

然而目前存在的问题是，上述的两种方法均将VCPU上下文切换开销作为主要考虑因素，从而加速了计算密集型任务的运行。但是不同于物理处理器PCPU，VCPU并不会一直在线，这将带来大量的自旋锁spinlock阻塞。虽然Weng等使用VCRD衡量VCPU之间的关系，并且使用机器学习的方法来预测未来使用情形，但是对于某些实时任务来说，由于实时任务的响应时间需要被限制在毫秒甚至微秒级别，VCPU在执行实时程序时，需要及时反馈信息。然而，Xen的调度策略并不单独标识运行实时任务的VCPU，这不仅导致了切换策略的结果不准确性，也推迟了实时计算的运行。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种虚拟机实时任务的调度方法。该方法会在每个周期优先切换具有urgent状态的VCPU，由此，实时任务可以被及时响应。实验使用ping延迟与web服务器的吞吐量表明这种调度方法可以及时处理实时任务，并提高了响应时间的稳定性。

本发明的第二个目的在于提出一种虚拟机实时任务的调度装置。

本发明的第三个目的在于提出一种虚拟机。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的虚拟机实时任务的调度方法，包括以下步骤：当任务的执行周期开始时，分别初始化多个虚拟处理器VCPU，并为每个VCPU分配预设大小的信用值，其中，所述信用值为自然数；分别为每个所述VCPU分配指定的紧急度Urgency值；以及分别获取每个所述VCPU的状态信息，并根据所述状态信息和所述Urgency值生成优先级队列，以使物理处理器PCPU根据所述优先级队列选择对应的所述VCPU执行任务。

本发明实施例的虚拟机实时任务的调度方法，添加了新的VCPU的状态信息urgent状态用以标识实时任务，使其在单一的PCPU的运行队列中优先级高于under状态。因此，调度方法会在每个周期优先切换具有urgent状态的VCPU，由此，实时任务可以被及时响应。实验使用ping延迟与web服务器的吞吐量表明这种调度方法可以及时处理实时任务，并提高了响应时间的稳定性。