面向實時應用的虛擬CPU調(diào)度優(yōu)化研究.pdf

1、實時應用是很常見的一類應用。與其他應用相比，實時應用最顯著的特征是具有截止期限，任務應該在截止期限之前完成。根據(jù)實時性需求不同，實時應用可以分為硬實時應用和軟實時應用。硬實時應用必須在截止期限之前完成任務，而軟實時應用可以容忍少量錯過截止期限的情況發(fā)生。隨著虛擬化技術的發(fā)展，越來越多的軟實時應用運行在云計算環(huán)境中。但是，虛擬機管理器的CPU調(diào)度器主要考慮如何讓虛擬機公平共享CPU資源及提高系統(tǒng)吞吐率，忽視了實時應用具有截止期限這一特性，

2、嚴重影響此類應用的性能。因此，如何有效地優(yōu)化虛擬CPU調(diào)度是保證虛擬化環(huán)境下實時應用性能的關鍵。根據(jù)實時應用以及虛擬機管理器的特征，在虛擬化環(huán)境下優(yōu)化虛擬 CPU調(diào)度來支持軟實時應用主要面臨以下三個關鍵問題：1）如何在虛擬化環(huán)境下支持實時應用的同時保證良好的性能隔離？2）如何在虛擬化環(huán)境下保證并行軟實時應用的性能？3）如何在虛擬化環(huán)境下根據(jù)實時應用的需求動態(tài)地支持軟實時應用？
　　首先，實時CPU調(diào)度器通常優(yōu)先考慮實時應用，而忽略

3、了對非實時應用的影響，打破了虛擬化平臺保證的性能隔離。此外，不同類型的應用的特征不同，對CPU調(diào)度器的需求也不同，單一的CPU調(diào)度器無法滿足不同應用的需求。為此，一種基于多調(diào)度器的實時CPU調(diào)度機制通過動態(tài)多核劃分框架將物理CPU劃分成兩個子集，實現(xiàn)實時虛擬機和非實時虛擬機之間的性能隔離。一個子集使用虛擬化環(huán)境下全局最早截止期限優(yōu)先調(diào)度器調(diào)度實時虛擬機，另一個子集使用Xen的Credit調(diào)度器調(diào)度非實時虛擬機。該框架解決了單一 CPU調(diào)

4、度器無法滿足不同應用需求以及實時CPU調(diào)度器會影響性能隔離的問題，而虛擬化環(huán)境下全局最早截止期限優(yōu)先調(diào)度器可以充分利用多核處理器，解決了Xen的SEDF調(diào)度器的缺陷。
　　其次，多核處理器的流行促使軟實時應用使用并行編程模型降低響應時間。這類并行軟實時應用同時具有實時應用和并行應用的特征，在虛擬化環(huán)境下同時面臨著軟實時約束和同步問題。為了解決這些問題，一種虛擬化環(huán)境下并行軟實時 CPU調(diào)度算法一方面根據(jù)實時應用的特征通過實時優(yōu)先級

5、和動態(tài)時間片來解決并行軟實時應用的軟實時約束；另一方面，通過并行調(diào)度和組調(diào)度來解決虛擬機內(nèi)同步問題和虛擬機間同步問題。此外，針對跨物理機的虛擬機間同步問題，該算法使用通信驅動組調(diào)度機制予以解決。
　　最后，云計算數(shù)據(jù)中心中運行著各種各樣的應用。CPU調(diào)度器需要根據(jù)應用的需求動態(tài)地支持具有不同特征的應用。但在云計算環(huán)境中動態(tài)地支持實時應用面臨著以下三個挑戰(zhàn)。首先，由于虛擬化引入的語義鴻溝的存在，虛擬機管理器難以確定虛擬機內(nèi)運行的應用

6、類型及調(diào)度參數(shù)；其次，CPU調(diào)度器在支持實時應用的同時應該減少對其他應用的影響；最后，Domain0在實時應用的I/O處理中扮演著重要的角色，如何調(diào)度Domain0成為一項挑戰(zhàn)。為了解決這些挑戰(zhàn)，一種通信感知的動態(tài)實時CPU調(diào)度機制通過分析應用發(fā)送的網(wǎng)絡包來判斷虛擬機類型并推測實時虛擬機的調(diào)度參數(shù)。虛擬機管理器的CPU調(diào)度器根據(jù)動態(tài)獲取的調(diào)度參數(shù)周期性地調(diào)度實時虛擬CPU，并將實時虛擬CPU的調(diào)度推遲到截止期限到來時以減少對非實時應用的