專利名稱：一種虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬化計算機系統(tǒng)資源管理與分配的實現(xiàn)方法，尤其是大規(guī)模部署虛擬化技術(shù)的計算系統(tǒng)如數(shù)據(jù)中心及云計算環(huán)境中多虛擬機間競爭性資源的差異化服務(wù)方法。
背景技術(shù)：
雖然隨著處理器、內(nèi)存及磁盤技術(shù)的進步，單臺計算機的性能持續(xù)提高。但是，單臺計算機的資源使用率仍較低。而計算系統(tǒng)虛擬化技術(shù)由于可以動態(tài)組織多種計算資源， 隔離具體的硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)之間的緊密依賴關(guān)系，實現(xiàn)透明化的可伸縮計算系統(tǒng)架構(gòu)，提高計算資源(如處理器、存儲器)的使用效率，在桌面領(lǐng)域和服務(wù)器領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)中心服務(wù)器聚合、存儲虛擬化和云存儲等。目前，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為云計算、云存儲平臺及大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的核心支撐技術(shù)。例如，在IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))、 PaaS (平臺即服務(wù))、^aS (軟件即服務(wù))等云計算服務(wù)中，通過虛擬化技術(shù)將大規(guī)模系統(tǒng)中大量各種不同類型的異構(gòu)設(shè)備和資源通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供計算、存儲和業(yè)務(wù)訪問服務(wù)，同時可以實現(xiàn)動態(tài)分組或者連接一系列的服務(wù)器和存儲組件，動態(tài)地將服務(wù)器和存儲組件從一個組轉(zhuǎn)移到另一個組，動態(tài)加載和啟動客戶機操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等。在虛擬化系統(tǒng)中，由于多個客戶虛擬機并存并共享相同的硬件資源，因此，必須根據(jù)不斷變化的外部負載為各個客戶虛擬機(Virtual Machine, VM)動態(tài)地分配資源。而在高并發(fā)情況下，硬件資源往往在多個客戶虛擬機之間競爭。因此，必須提供一套有效的資源差異化服務(wù)方法為不同目標(biāo)的客戶虛擬機提供資源。例如，在虛擬機環(huán)境下，多個虛擬機運行在虛擬機監(jiān)控器(Virtual Machine Monitor, VMM)之上，虛擬機監(jiān)控器在進行資源調(diào)度時所獲取的信息遠遠少于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)所掌握的進程信息。由于虛擬機環(huán)境下的硬件資源動態(tài)異構(gòu)的特點，為了滿足海量用戶的磁盤存儲需求的時間性能及服務(wù)公平性，當(dāng)前的磁盤存儲服務(wù)I/O性能仍存在較大問題。另外，如何根據(jù)多個虛擬機對物理磁盤I/O請求和負載特性自適應(yīng)的協(xié)調(diào)控制磁盤I/O資源的分配，根據(jù)負載特性應(yīng)用不同的服務(wù)策略， 并對負載的類型特征進行預(yù)測和推斷，以保證每一個虛擬機只能得到預(yù)定的服務(wù)資源，保證服務(wù)公平性的同時避免出現(xiàn)服務(wù)瓶頸，同時對具有高優(yōu)先權(quán)的虛擬機提供高性能服務(wù)， 也是虛擬化系統(tǒng)資源服務(wù)面臨的重要挑戰(zhàn)。如果單純?yōu)榱吮ＷC在多個虛擬機系統(tǒng)間的性能隔離，則容易造成整個系統(tǒng)的性能下降，尤其是在大量無序服務(wù)請求的情況下。因此，在虛擬機環(huán)境下，在現(xiàn)有基本的處理器和磁盤調(diào)度的基礎(chǔ)上，如何提供粗粒度的訪問請求控制、性能隔離和細粒度的服務(wù)性能共享，是解決大規(guī)模虛擬化系統(tǒng)性能瓶頸的重要途徑。另外，大規(guī)模虛擬化系統(tǒng)及服務(wù)聚合使得設(shè)備之間的訪問控制及協(xié)調(diào)更加復(fù)雜，且具體應(yīng)用服務(wù)的異構(gòu)性使得服務(wù)訪問請求的服務(wù)質(zhì)量的維護異常困難，不同客戶虛擬機之間的服務(wù)資源分布對整個虛擬化系統(tǒng)的性能和服務(wù)質(zhì)量都有較大影響。因此，在滿足系統(tǒng)性能(如吞吐量)的前提下，應(yīng)該進行差異化的資
3源服務(wù)，盡可能的提高資源的總體服務(wù)質(zhì)量。同時，為了充分發(fā)揮系統(tǒng)資源的使用效率并降低系統(tǒng)能耗和運行成本，資源的分配量必須和資源的請求量相當(dāng)，而不能存在較大的資源浪費。因此，精確預(yù)測系統(tǒng)的負載特點和資源需求量，是進行資源差異化服務(wù)的前提。而在虛擬化環(huán)境下(如云計算環(huán)境中)，用戶不再需要了解具體使用的計算及存儲設(shè)備(如型號，接口，協(xié)議等)，甚至不需要進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控及維護等。然而，虛擬化技術(shù)固有的透明性和隔離性使得在虛擬環(huán)境下獲取上層應(yīng)用負載的運行時信息變得異常困難。同時，大量的客戶虛擬機共享統(tǒng)一的物理硬件也增加了硬件設(shè)備訪問模式的復(fù)雜性。因此，如何保證多客戶虛擬機之間對底層硬件資源的和諧共享和性能隔離，實現(xiàn)不同類型負載(計算密集型、I/O密集型、混合型等)下處理器子系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)不同的應(yīng)用目標(biāo)，目前尚無較好的解決方法。目前的虛擬機監(jiān)控器軟件和操作系統(tǒng)不區(qū)分具體虛擬機應(yīng)用程序的資源使用特點，不考慮不同類型應(yīng)用程序使用系統(tǒng)資源的差異，使得無法確保重要應(yīng)用程序和客戶機操作系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
由于當(dāng)前的虛擬機監(jiān)控器軟件不管其上層虛擬機的服務(wù)請求是否具有時效性或可等待性，均以公平的資源使用原則來調(diào)度資源，無法發(fā)揮整個計算機系統(tǒng)的最佳效能。因此，本發(fā)明區(qū)分共享同一計算機硬件資源的不同虛擬機上不同的負載類型(計算密集型、I/ 0密集型、混合型等)，使得在不同的虛擬機間使用資源差異化，最終提高虛擬化系統(tǒng)的性能和服務(wù)質(zhì)量。一個虛擬化系統(tǒng)中有多個客戶虛擬機(大于或等于1個)，系統(tǒng)可供服務(wù)的資源包括處理器、內(nèi)存和磁盤，每個虛擬機的應(yīng)用程序均可能使用這些資源以完成用戶應(yīng)用程序的請求并滿足一定的性能指標(biāo)和服務(wù)質(zhì)量。由于資源有限，為保證具有較高重要性的應(yīng)用程序具有較高的性能，多個虛擬機對系統(tǒng)資源的請求必須進行差異化的服務(wù)。本發(fā)明對虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)的思想，即是通過差異化服務(wù)后，可以最大程度的降低整個系統(tǒng)的資源競爭程度，降低資源競爭造成的系統(tǒng)性能的下降，提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。該發(fā)明包含三部分的內(nèi)容虛擬化系統(tǒng)資源使用的馬爾科夫模型、基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價模型和基于上述兩個模型的競爭資源差異化服務(wù)方法。(1)虛擬化系統(tǒng)資源和負載的馬爾科夫模型
針對已有的虛擬機監(jiān)控器不考慮具體虛擬機應(yīng)用程序的資源使用特點和處理器、內(nèi)存、磁盤等資源本身的特點，本發(fā)明提出了一個新的虛擬化系統(tǒng)資源和負載的馬爾科夫模型，該模型可以更準(zhǔn)確地預(yù)測虛擬化系統(tǒng)的負載特征。根據(jù)資源和負載的狀態(tài)及其互相轉(zhuǎn)移概率，則可以計算出某一時刻系統(tǒng)資源的可用情況及負載的服務(wù)狀態(tài)，是進行資源的差異化服務(wù)的前提。(2)基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價方法
滿足多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量是資源差異化服務(wù)的目標(biāo)，其參數(shù)體系主要包括操作系統(tǒng)及應(yīng)用相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量，往往受多種因素的影響，主要可分為硬件方面和軟件方面。硬件方面如硬件本身的技術(shù)工藝水平與可靠性水平、供電極限、溫度極限等，軟件方面則包括虛擬機系統(tǒng)各種性能參數(shù)，具體指標(biāo)包括響應(yīng)時間、吞吐率、任務(wù)成功率/失敗率、資源使用
4率、服務(wù)可用性等。而響應(yīng)時間是衡量系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的最直接有效的參數(shù)。因此，利用前述的馬爾科夫模型，可以計算出虛擬機系統(tǒng)應(yīng)用程序的響應(yīng)時間的條件概率密度及其概率函數(shù)，建立基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價模型，為進行資源差異化服務(wù)提供決策依據(jù)。(3)基于競爭緩解程度的競爭資源差異化服務(wù)方法
系統(tǒng)運行階段可以有多種效果不同的資源分配方法，而根據(jù)基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價模型，可以計算出使用某一種資源分配方法后系統(tǒng)資源競爭的程度。 本發(fā)明提出的方法通過對不同的資源分配方法的競爭緩解程度由大到小排序，先滿足競爭緩解程度最大的虛擬機的資源請求，再滿足競爭緩解程度次大的虛擬機的資源請求，以此類推，實現(xiàn)對不同的虛擬機進行差異化的資源服務(wù)。本發(fā)明方法的具體步驟是
步驟1.處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器分別收集處理器、內(nèi)存、磁盤的實時信息后發(fā)送給本地資源協(xié)調(diào)器。步驟2.本地資源協(xié)調(diào)器利用接收到的處理器、內(nèi)存和磁盤的實時信息分別計算資源和負載的馬爾科夫模型參數(shù)，計算完成后發(fā)送給全局資源協(xié)調(diào)器。步驟3.全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)所有資源的使用情況和各個客戶虛擬機的負載信息，基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價方法，生成基于競爭緩解程度的競爭資源差異化服務(wù)策略。步驟4.競爭資源差異化服務(wù)策略由全局資源協(xié)調(diào)器發(fā)送至本地資源協(xié)調(diào)器。步驟5.本地資源協(xié)調(diào)器將競爭資源差異化服務(wù)策略分別發(fā)送至處理器協(xié)調(diào)器、 內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器。步驟6.處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器根據(jù)競爭資源差異化服務(wù)策略， 對處理器、內(nèi)存、磁盤資源進行分配。步驟7.根據(jù)客戶虛擬機的性能表現(xiàn)，決定是否周期性循環(huán)步驟1至步驟6。通過本發(fā)明提供的虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法，可以在系統(tǒng)高度競爭的情況下有效緩解系統(tǒng)資源的競爭程度，顯著提高整個虛擬化系統(tǒng)的性能和服務(wù)質(zhì)量。


圖1是虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法體系結(jié)構(gòu)。圖2是虛擬化系統(tǒng)資源狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖3是虛擬化系統(tǒng)客戶虛擬機狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖4是處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)收集流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，請參閱圖1 ；圖1給出了本發(fā)明提出的競爭資源差異化服務(wù)方法的體系結(jié)構(gòu)。其中1、2、3為計算系統(tǒng)中的可供分配的處理器、內(nèi)存和磁盤資源，4 (虛線框內(nèi))為虛擬機監(jiān)控器，虛擬機監(jiān)控器除了具備基本的虛擬機管理其中又包括5、6、7、8、9五部分，5、6、7、8、9均為處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器、本地資源協(xié)調(diào)器、全局資源協(xié)調(diào)器均為駐留在虛擬機監(jiān)控器中的軟件程序。其中5、6、7分別為進行上述資源分配的處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器，8為本地資源協(xié)調(diào)器，負責(zé)負載特征識別與分析，9為全局資源協(xié)調(diào)器，負責(zé)資源差異化服務(wù)決策。10、11、12為客戶虛擬機系統(tǒng)示例。下面分別介紹處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器、本地資源協(xié)調(diào)器和全局資源協(xié)調(diào)器。(1)處理器協(xié)調(diào)器
本方法中的處理器協(xié)調(diào)器使用靈活的分配模式在運行的虛擬機之間分配計算機的物理處理器資源。處理器協(xié)調(diào)器同時收集處理器負載相關(guān)信息，基于處理器事件計數(shù)器和性能計數(shù)器相關(guān)信息，記錄不同虛擬機的處理器資源請求，為進行有效的處理器資源分配提供決策支持信息。目前的處理器都集成了一定的事件計數(shù)器(Event Counters)和性能計數(shù)器(Hardware Performance Counters)，通過探測CPU請求的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)使用信息，操作系統(tǒng)可以獲得細粒度的處理器核級、線程級及指令級性能及使用數(shù)據(jù)。(2)內(nèi)存協(xié)調(diào)器
本方法中由單獨的內(nèi)存協(xié)調(diào)器用于客戶虛擬機內(nèi)存的分配、管理和實時數(shù)據(jù)收集，可以根據(jù)不同的客戶虛擬機的實時內(nèi)存使用信息，動態(tài)的調(diào)整客戶虛擬機的內(nèi)存分配。(3)磁盤協(xié)調(diào)器
磁盤協(xié)調(diào)器兼顧性能和服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，不僅能夠基于全局資源協(xié)調(diào)器獲取的多個虛擬機磁盤訪問模式信息將磁盤I/O請求重新排序，減小磁盤尋道時間，提高磁盤效率，同時依據(jù)優(yōu)先權(quán)為不同虛擬機的磁盤訪問進行帶寬控制，進行差異化服務(wù)，保證不同的虛擬機有不同的磁盤服務(wù)性能。(4)本地資源協(xié)調(diào)器
基于安全、隔離、透明原則，虛擬機監(jiān)控器可以獲取客戶虛擬機訪問硬件資源的行為和操作信息，監(jiān)控其對底層硬件的使用情況，但并不能直接獲取客戶虛擬機中的進程運行時的細粒度信息及其具體操作語義，需要對虛擬機監(jiān)控器能夠監(jiān)測到的客戶虛擬機運行信息進行進一步的分析，從而發(fā)掘出能夠刻畫客戶虛擬機典型負載的請求特征參數(shù)模式，以及與客戶虛擬機的動態(tài)負載狀況的關(guān)系，為資源差異化決策提供支持。因此，本地資源協(xié)調(diào)器基于處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器等收集的負載特征參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明提出的虛擬化系統(tǒng)資源和負載的馬爾科夫模型，建立可以識別出不同典型負載類型的評判模型， 實現(xiàn)對客戶虛擬機任務(wù)負載的特征參數(shù)的實時獲取和分析，給出客戶虛擬機當(dāng)前的負載類型，為全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)不同的負載類型進行資源的差異化服務(wù)提供依據(jù)。(5)全局資源協(xié)調(diào)器
全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)本地資源協(xié)調(diào)器提供的負載特征，綜合不同客戶虛擬機上應(yīng)用程序的服務(wù)質(zhì)量要求及其性能指標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明提出的基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價方法和基于競爭緩解程度的競爭資源差異化服務(wù)方法，對客戶虛擬機需要的資源進行差異化服務(wù)。請參閱圖2，為了進行資源差異化服務(wù)，本發(fā)明定義了虛擬化系統(tǒng)中資源具有的三種狀態(tài)，即狀態(tài)1為空閑并可立即提供服務(wù)，狀態(tài)2為繁忙但在未來可提供服務(wù)，狀態(tài)3為不能提供服務(wù)。資源的三種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移概率如圖2所示，其中箭頭代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方向， 箭頭上的數(shù)字代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。根據(jù)資源的三種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移概率，可構(gòu)建資源的馬爾科夫模型。請參閱圖3，本發(fā)明同時定義了虛擬化系統(tǒng)中客戶虛擬機具有的四種狀態(tài)，即狀態(tài) 1為等待服務(wù)，狀態(tài)2為正在接受服務(wù)，狀態(tài)3為服務(wù)完成，狀態(tài)4為服務(wù)失敗?？蛻籼摂M機的四種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移概率如圖3所示，其中箭頭代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方向，箭頭上的數(shù)字代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。根據(jù)客戶虛擬機的四種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移概率，可構(gòu)建客戶虛擬機的馬爾科夫模型。本發(fā)明的實施過程適用于使用X86體系結(jié)構(gòu)處理器的虛擬化計算機系統(tǒng)。所述虛擬化計算機系統(tǒng)包括至少一個硬件物理機，并且其上至少容納有一個客戶虛擬機和用于管理所述至少一個客戶虛擬機的虛擬機監(jiān)控器，在每一個客戶虛擬機上運行有至少一個請求資源服務(wù)的計算機應(yīng)用程序。其實施方式為通過在虛擬機監(jiān)控器內(nèi)核中增加新的代碼，即可截取資源使用請求的申請和釋放。在本發(fā)明的設(shè)計中，差異化的資源服務(wù)策略和執(zhí)行是分開的。我們在全局資源協(xié)調(diào)器中添加了差異化資源服務(wù)的決策機制，決策機制會根據(jù)動態(tài)的資源使用監(jiān)控歷史、分配時間和虛擬機的性能反饋等因素進行判斷，決定哪些虛擬機可以使用哪些資源、 資源使用的數(shù)量、時間等，具體的資源差異化服務(wù)則由本地資源協(xié)調(diào)器實施，通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)或指令接口實現(xiàn)。為了實現(xiàn)處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器、本地資源協(xié)調(diào)器和全局資源協(xié)調(diào)器之間的通信，本發(fā)明通過在虛擬機監(jiān)控器中開辟一塊單獨的內(nèi)存空間作為信息交換區(qū)，在處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器、本地資源協(xié)調(diào)器和全局資源協(xié)調(diào)器之間建立一個虛擬通道，通過虛擬通道進行數(shù)據(jù)交換和互操作。該虛擬通道包含兩個共享內(nèi)存空間用于兩個方向上的通信，一個為發(fā)送通道，一個為接收通道，通道的兩端設(shè)置排隊記錄和輸出記錄。本發(fā)明提出的資源差異化服務(wù)方法，不依賴于具體的客戶虛擬機操作系統(tǒng)類型和版本號，不依賴于具體的程序設(shè)計語言。在不改動客戶機操作系統(tǒng)的前提下，在虛擬機監(jiān)控器中通過應(yīng)用程序?qū)崟r動態(tài)獲取客戶機操作系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)用程序的各種性能信息，計算出其負載模式，從而直接在虛擬機監(jiān)控器中動態(tài)按需的分配給不同的虛擬機不同的資源以防止相對于該多個客戶虛擬機系統(tǒng)的至少另一個發(fā)生性能顯著下降。在本發(fā)明的具體實施例中，一種用于虛擬化系統(tǒng)競爭資源的差異化服務(wù)的方法包含收集與分析客戶操作系統(tǒng)訪問處理器、內(nèi)存及磁盤的歷史數(shù)據(jù)的裝置、生成資源差異化服務(wù)策略、以及實施該策略。裝置包括虛擬機資源服務(wù)的控制邏輯和執(zhí)行單元，所述的虛擬機資源服務(wù)控制邏輯在虛擬機監(jiān)控器及其客戶機之間轉(zhuǎn)移對競爭資源的控制。所述執(zhí)行單元用于執(zhí)行指令以將資源從一個客戶機的虛擬設(shè)備空間轉(zhuǎn)移到另一客戶虛擬機的虛擬地址空間中。本發(fā)明提出的資源差異化服務(wù)方法，其實施步驟如下
步驟1 處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器收集處理器、內(nèi)存、磁盤的實時信息后發(fā)送給本地資源協(xié)調(diào)器；
步驟2 本地資源協(xié)調(diào)器利用接收到的處理器、內(nèi)存、磁盤的實時信息計算資源和負載
7的馬爾科夫模型參數(shù)，計算完成后發(fā)送給全局資源協(xié)調(diào)器；
步驟3 全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)所有資源的使用情況和各個客戶虛擬機的負載信息，基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價方法，生成基于競爭緩解程度的競爭資源差異化服務(wù)策略；
步驟4 競爭資源差異化服務(wù)策略由全局資源協(xié)調(diào)器發(fā)送至本地資源協(xié)調(diào)器； 步驟5 本地資源協(xié)調(diào)器將競爭資源差異化服務(wù)策略分別發(fā)送至處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器；
步驟6 處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器根據(jù)競爭資源差異化服務(wù)策略，對處理器、內(nèi)存、磁盤等資源進行分配。步驟7 根據(jù)客戶虛擬機的性能表現(xiàn)，決定是否周期性循環(huán)步驟1至步驟6。下面分別對上述實施步驟進行詳細說明。(1)步驟 1
處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器通過調(diào)用虛擬機監(jiān)控器提供的硬件操作指令接口，收集處理器、內(nèi)存和磁盤的實時信息，然后將該信息通過虛擬通道發(fā)送給本地資源協(xié)調(diào)器。處理器協(xié)調(diào)器利用處理器提供的硬件指令接口，收集處理器使用率、處理器隊列長度、處理器硬件性能計數(shù)器信息；
內(nèi)存協(xié)調(diào)器在虛擬機運行時，動態(tài)截獲虛擬機中申請和釋放內(nèi)存的函數(shù)，并記錄下來， 并收集內(nèi)存空間使用率、內(nèi)存高速緩存命中率、內(nèi)存高速緩存缺失率信息。內(nèi)存資源申請函數(shù)和釋放函數(shù)，例如malloc和free，作為系統(tǒng)的調(diào)用接口，其在內(nèi)存中的地址很容易捕獲得到。分析上述這些受監(jiān)控函數(shù)，獲取函數(shù)調(diào)用棧，更新應(yīng)用程序占用內(nèi)存資源的列表。如果是資源申請函數(shù)則增加內(nèi)存占用信息，而資源釋放函數(shù)則需要刪除相應(yīng)的內(nèi)存信息。通過維護這樣一個動態(tài)的內(nèi)存資源使用列表，詳盡和全面地掌握被監(jiān)控虛擬機使用內(nèi)存資源的情況，這樣，通過內(nèi)存虛擬化技術(shù)，內(nèi)存協(xié)調(diào)器可以監(jiān)控應(yīng)用程序?qū)@些內(nèi)存資源的應(yīng)用情況。磁盤協(xié)調(diào)器收集磁盤的讀/寫速率、磁盤輸入輸出等待對列長度、讀寫塊大小、塊數(shù)量。請參閱圖4，圖4是處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)收集流程圖。(2)步驟 2
本地資源協(xié)調(diào)器基于處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器、磁盤協(xié)調(diào)器等發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)本發(fā)明提出的虛擬化系統(tǒng)資源和負載的馬爾科夫模型，建立可以識別出不同典型負載類型的評判模型，實現(xiàn)對客戶虛擬機任務(wù)負載的特征參數(shù)的實時獲取和分析，給出客戶虛擬機當(dāng)前的負載類型，為全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)不同的負載類型進行資源的差異化服務(wù)提供依據(jù)。具體實施時，本地資源協(xié)調(diào)器首先計算出系統(tǒng)資源及客戶虛擬機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，然后計算出相應(yīng)的應(yīng)用程序滿足一定的響應(yīng)時間的概率。根據(jù)資源不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率，根據(jù)圖2，可以計算資源的n(n大于或等于1) 步狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率(此處以/標(biāo)識，下標(biāo)第一個數(shù)字標(biāo)識初始狀態(tài)，下標(biāo)第二個數(shù)字標(biāo)識到達狀態(tài))，如下
/r4f^lTqi%'n； 2^mIi (資源狀態(tài)ι轉(zhuǎn)移到資源狀態(tài)2)二 (資灘態(tài)1轉(zhuǎn)移膽源狀態(tài)3)
權(quán)利要求
1. 一種虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法，其特征在于該方法包括如下步驟 步驟1.處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器分別收集處理器、內(nèi)存、磁盤的實時信息后發(fā)送給本地資源協(xié)調(diào)器；所述的處理器實時信息包括處理器使用率、處理器隊列長度和處理器硬件性能計數(shù)器 fn息；所述的內(nèi)存實時信息包括內(nèi)存空間使用率、內(nèi)存高速緩存命中率和內(nèi)存高速緩存缺失率信息；所述的磁盤實時信息包括磁盤的讀/寫速率、磁盤輸入輸出等待對列長度、讀寫塊大小和塊數(shù)量；步驟2.本地資源協(xié)調(diào)器利用接收到的處理器、內(nèi)存和磁盤的實時信息分別計算資源和負載的馬爾科夫模型參數(shù)，計算完成后發(fā)送給全局資源協(xié)調(diào)器；步驟3.全局資源協(xié)調(diào)器根據(jù)所有資源的使用情況和各個客戶虛擬機的負載信息，基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價方法，生成基于競爭緩解程度的競爭資源差異化服務(wù)策略；所述的競爭資源差異化服務(wù)策略具體是將各個客戶虛擬機的競爭緩解程度按從大到小的順序排序，根據(jù)其排序結(jié)果，生成競爭資源差異化服務(wù)策略；步驟4.競爭資源差異化服務(wù)策略由全局資源協(xié)調(diào)器發(fā)送至本地資源協(xié)調(diào)器； 步驟5.本地資源協(xié)調(diào)器將競爭資源差異化服務(wù)策略分別發(fā)送至處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器；步驟6.處理器協(xié)調(diào)器、內(nèi)存協(xié)調(diào)器和磁盤協(xié)調(diào)器根據(jù)競爭資源差異化服務(wù)策略，對處理器、內(nèi)存、磁盤資源進行分配；步驟7.根據(jù)客戶虛擬機的性能表現(xiàn)，決定是否周期性循環(huán)步驟1至步驟6。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法。目前的虛擬機監(jiān)控器軟件和操作系統(tǒng)不區(qū)分具體虛擬機應(yīng)用程序的資源使用特點，無法確保重要應(yīng)用程序和客戶機操作系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。本發(fā)明方法包含三部分的內(nèi)容虛擬化系統(tǒng)資源使用的馬爾科夫模型、基于響應(yīng)時間的多虛擬機系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量評價模型和基于上述兩個模型的競爭資源差異化服務(wù)方法。通過本發(fā)明提供的虛擬化系統(tǒng)競爭資源差異化服務(wù)方法，可以在系統(tǒng)高度競爭的情況下有效緩解系統(tǒng)資源的競爭程度，顯著提高整個虛擬化系統(tǒng)的性能和服務(wù)質(zhì)量。
文檔編號G06F9/50GK102156665SQ201110092580
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者萬健, 任祖杰, 余日泰, 張紀林, 徐向華, 殷昱煜, 蔣從鋒 申請人:杭州電子科技大學(xué)