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VCPU组调度技术的研究与实现

常建忠  
【摘要】:近年来,随着在越来越多的领域中得到广泛应用,虚拟化技术得到了迅速发展。与此同时,由于不同应用场景对虚拟化技术有着不同的功能、性能要求,又给虚拟化技术带来许多新的问题。 当前,虚拟机调度器在调度和CPU资源分配中主要考虑到各个虚拟机间的独立性,而忽略了虚拟机间的一些联系。这种情况下,调度器降低了有协同需求的虚拟机间并行工作的可能性,从而影响了需要多个任务协同工作的大型应用的服务质量;在商业服务器虚拟化中,客户期望最大限度利用自己已付费购买的计算资源,但在传统的虚拟机调度模式中,客户的虚拟机负载不均时,负载较重虚拟机也不能获得该客户其它空闲虚拟机的资源,即:客户付费范围内有些虚拟机资源是闲置的而有些又是负载过重的。 针对上述虚拟机协同问题,本文提出了一种虚拟化平台上的协同调度策略。文章首先分析了虚拟机间的协同关系,根据应用对多虚拟机并行运行的严格性要求不同,将协同请求划分为强协同和弱协同两个等级,然后在此基础上讨论了协同调度中VCPU(Virtual CPU)分配问题和VCPU同步问题。为防止协同VPCU运行在同一物理节点上,本文提出了VCPU分配机制;在VCPU同步上,为了降低协同对系统性能影响,文章综合分析了VCPU抢占条件和时机,同时借鉴了co-scheduling调度算法,提出了基于协同请求级别和VCPU运行优先级的抢占机制;最后结合Xen credit调度算法提出了co-credit协同调度策略。 针对客户虚拟机资源控制问题,为避免出现客户付费范围内资源浪费情况,本文提出了以虚拟机组为单位的计算资源管理方式,同组的虚拟机间可动态共享CPU资源。首先结合多虚拟机资源管理的特点分析了资源分配策略,选取合适的CPU资源分配机制;为了有效管理空闲虚拟机资源,提出了虚拟机状态检测机制,根据虚拟机调度器和虚拟机组不同需求,设计了不同的检测标准;最后根据组内虚拟机状态和VCPU数量等信息,实现了组内空闲CPU资源重新分配。 基于以上分析研究,本文结合开源项目Xen设计开发实现了虚拟机组调度器,并对其性能进行了测试。通过实验表明,协同调度明显提高了虚拟机间协同工作能力,且没有对调度的公平性造成明显影响;虚拟机组资源管理方式使组内繁忙虚拟机能得到组内空闲资源,实现组内资源的有效利用。本课题得到了863项目“可扩展高性能虚拟机关键技术研究”的资助。


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