[发明专利]针对中断持有者抢占问题的综合调度方法及装置

说明书

本发明发现并定义了虚拟对称多处理环境下中断重映射机制可能存在的一个问题：中断持有者抢占(IHP，Interruptability Holder Preemption)问题。该问题导致中断重映射机制失效，降低了虚拟机的I/O性能。为了解决IHP问题，本发明提供一种前摄性的、基于中断持有者信息的VCPU综合调度方法。该方法基于目前广泛使用的KVM(Kernel‑Based Virtual Machine)及其半虚拟化网络模型，通过对中断持有者运行状态的全局把握与分析，并兼顾系统的全局调度公平性，构建一种VCPU综合调度方法，有效消除IHP问题，显著提升虚拟机的I/O性能。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种针对中断持有者抢占问题的综合调度方法及装置。

背景技术

系统虚拟化为允许多个虚拟机同时运行在一个物理服务器上创造了环境。虚拟机监控器(VMM，Virtual Machine Monitor)将底层硬件抽象为虚拟资源，并管理虚拟机的运行。I/O虚拟化是系统虚拟化的重要分支，负责为虚拟机提供I/O设备。随着网络互联速度的持续增加，I/O虚拟化已经成为云数据中心的关键议题之一。

虚拟对称多处理(VSMP，Virtual Symmetric Multiprocessing)技术使得一个虚拟机可以拥有多个虚拟处理器(VCPU，VirtualCPU)，这不仅带来了更高的并发度和资源利用率，也有利于进一步提升I/O吞吐量和响应性。基于硬件的中断递交技术，如MessageSignaling Interrupt、PostedInterrupt等，可以将I/O 设备中断高效地递交至目标虚拟机进行处理。然而，在VSMP环境下，由于多个VCPU需要时分共享一个物理CPU核，这使得虚拟中断的处理过程变得复杂：负责处理虚拟中断的VCPU可能会被VMM调度器调度出去，导致中断事件的处理延迟，进而影响虚拟机的I/O性能。

很多已有研究致力于提升虚拟对称多处理环境下的I/O吞吐量和响应性。现有的解决方案大致可以分为三种：旁核(side-core)策略、调度相关策略以及中断重映射机制。旁核策略使用一个单独的CPU核专用于虚拟机的I/O处理，虽然可以保证I/O性能，但很容易造成CPU资源的浪费。调度相关策略通过减少VMM调度器的时间片来减少每个VCPU在运行队列中的等待时间，从而降低I/O延迟，但该方法会造成频繁的上下文切换，不利于CPU密集型(C PU-intensive)任务的运行。相比之下，中断重映射机制通过将I/O设备中断智能地重映射至虚拟机多个VCPU中最合适的一个，既能提升I/O性能，也不会引入其它副作用。

目前，中断重映射机制已经成为虚拟对称多处理环境下最具有吸引力的I/O性能解决方案之一。但是，在实际过程中，中断重映射机制可能会发生失效的风险，如何避免中断重映射机制失效是目前亟待解决的问题。

发明内容

如背景技术中所述，中断重映射机制会发生失效的风险。发明人对此进行研究，发现，如果虚拟机运行的是Linux操作系统，该系统中针对网络I/O设备的NAPI处理模式可能会和中断重映射机制发生冲突，使得中断重映射机制失效。NAPI是Linux上采用的一种提高网络处理效率的技术，它的核心概念就是不采用中断的方式读取数据，而代之以首先采用中断唤醒数据接收的服务程序，然后关闭设备中断进入轮询(POLL)模式读取数据，等轮询模式结束时再开启设备中断。由于NAPI需要操作I/O设备的可中断性，而中断重映射需要修改设备中断的目的地址，如果不加以协调，会产生冲突以致中断重映射失效。

至此，发明人首先发现并定义了虚拟对称多处理环境下中断重映射机制可能存在的问题：中断持有者抢占(IHP，Interruptability Holder Preemption)问题。