CN100517237C

CN100517237C - 一种虚拟机系统及其cpu调度方法

Info

Publication number: CN100517237C
Application number: CNB2006101396641A
Authority: CN
Inventors: 王竹强
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: CN101154167A

Abstract

本发明公开了一种虚拟机系统及其CPU调度方法，虚拟机监视器中存储客户操作系统的空闲标志，方法包括步骤：虚拟机监视器将CPU资源分配给当前客户操作系统，并初始化当前客户操作系统对应的空闲标志；监听当前客户操作系统的状态，并当监听到其处于空闲状态时，将当前客户操作系统对应的空闲标志设置为空闲状态；虚拟机监视器当监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，根据空闲标志确定是否取回当前客户操作系统的CPU资源。通过上述的CPU调度方法，可以优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

Description

一种虚拟机系统及其CPU调度方法

技术领域

本发明涉及虚拟机技术，特别涉及一种虚拟机系统及其CPU调度方法。

背景技术

目前，虚拟机系统对其支持的客户操作系统的CPU资源分配方式主要有两种：借用虚拟时间(BVT，Borrowed Virtual Time)方法和不完全最早期限优先(SEDF，Slacked Earliest Deadline First)方法。

在BVT方法中，虚拟机监视器将CPU资源平均分配给上层的客户操作系统，例如，如果当前有两个客户操作系统正在运行，则它们轮流获得固定时间片的CPU资源，即各个客户操作系统分别获得相同的CPU资源。

在SEDF方法中，虚拟机监视器根据各客户操作系统最近对CPU资源的请求以及当前的进程数，确定对各客户操作系统CPU资源的分配。最近请求CPU资源多的客户操作系统将会分配到更多的CPU资源。

通常情况下，同一操作系统内的进程可以根据优先级进行分类。例如在Windows XP中，对于进程支持6个优先级类，如表1所示：

优先级类	描述
优先级类	描述	实时	进程立即对时间作出响应，以便在操作系统组件前执行关键时间的任务
局	进程立即对时间作出响应，以便执行关键时间的任务	实时	进程立即对时间作出响应，以便在操作系统组件前执行关键时间的任务
局	进程立即对时间作出响应，以便执行关键时间的任务	高于正常	介于正常和高之间
正常	进程没有特殊调度需求	高于正常	介于正常和高之间
正常	进程没有特殊调度需求	低于正常	介于正常和空闲之间
空闲	在系统空闲时运行。一般用在后台实用程序等	低于正常	介于正常和空闲之间

表1

大多数空闲级的程序通常是检测病毒、磁盘整理或其他服务性质的后台程序。在只有一个操作系统运行的情况下，这些程序只有系统处于空闲状态时才会去运行。

但是，现有的虚拟机系统对客户操作系统分配CPU资源时，并不考虑不同客户操作系统中的进程的优先级情况，所以会出现这样不合理的情况，当一个客户操作系统中的实时级进程急需CPU资源时，却因为另外一个客户操作系统中的空闲级进程占用着CPU资源而得不到执行。

当然，上述的系统“空闲”状态指系统只有空闲级进程在运行。其实，系统的“空闲”状态根据需要可以有不同的定义。例如可以将系统只有低于正常级以下的进程在运行定义为空闲状态。或者根据CPU资源的利用率来判断系统的空闲状态。

可以看出，现有的虚拟机系统对客户操作系统CPU资源的分配不尽合理，使得在有的客户操作系统急需CPU资源时，CPU资源却被空闲的客户操作系统占用。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种虚拟机系统，该系统可以优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

本发明提供的虚拟机系统包含虚拟机监视器和客户操作系统，虚拟机监视器包含系统管理模块，用于分配各客户操作系统的CPU资源。该系统还包括：

系统空闲标志存储模块，位于虚拟机监视器，用于存储客户操作系统的空闲标志；

系统空闲监听模块，位于客户操作系统，用于监听其所在客户操作系统的状态；当监听到客户操作系统处于空闲状态时，将系统空闲标志存储模块中的对应空闲标志设置为空闲状态；

系统管理模块，还用于初始化系统空闲标志存储模块的空闲标志和监听空闲标志，并根据空闲标志确定是否取回当前获得CPU资源的客户操作系统的CPU资源。

其中，系统空闲标志存储模块中可以存储与客户操作系统一一对应的空闲标志，或者只存储一个空闲标志，当客户操作系统获得当前CPU资源时，与该空闲标志对应，没有获得当前CPU资源的客户操作系统放弃对该空闲标志的对应。

系统管理模块在监听到获得当前CPU资源的客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，可以直接取回该客户操作系统的CPU资源，或者先判断其它客户操作系统的空闲标志是否不都为空闲状态，如果是，则取回所述获得当前CPU资源的客户操作系统的CPU资源，否则不取回所述获得当前CPU资源的客户操作系统的CPU资源。

进一步，系统空闲监听模块可以进一步包含一开关装置，用于开启或者关闭系统空闲监听模块。通过开启或者关闭该开关装置，开启或者关闭监听其所在客户操作系统的状态的功能。

本发明提供的虚拟机系统，通过监听当前客户操作系统的状态，当发现当前客户操作系统处于空闲状态时，在需要的情况下取回当前客户操作系统的CPU资源，从而便于将CPU资源分配给非空闲的客户操作系统。优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种虚拟机系统中的CPU调度方法，通过该方法可以优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

本发明提供的一种虚拟机系统中的CPU调度方法，在虚拟机监视器中存储客户操作系统的空闲标志，包括步骤：

虚拟机监视器将CPU资源分配给一客户操作系统，并初始化当前客户操作系统对应的空闲标志；

监听当前客户操作系统的状态，并当监听到其处于空闲状态时，将当前客户操作系统对应的空闲标志设置为空闲状态；

虚拟机监视器当监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，根据空闲标志确定是否取回当前客户操作系统的CPU资源。

其中，当虚拟机监视器监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，可以直接取回当前客户操作系统的CPU资源，或者首先判断对应于其他客户操作系统的空闲标志是否都为空闲状态，如果是，则不取回当前客户操作系统的CPU资源，否则，取回当前客户操作系统的CPU资源。

进一步，可以在客户操作系统设置开关，在监听当前客户操作系统的状态之前，还包括如下步骤：

判断当前客户操作系统的开关是否开启，如果开启，则监听当前客户操作系统的状态，否则，禁止监听当前客户操作系统的状态。

进一步，客户操作系统内的进程具有优先级的分类，客户操作系统内包含一优先级为空闲级的进程，当该进程运行时，将虚拟机监视器中存储的与该客户操作系统对应的空闲标志设置为空闲状态。

本发明提供的CPU调度方法，通过监听当前客户操作系统的状态，当监听到当前客户操作系统处于空闲状态时，在需要的情况下取回当前客户操作系统的CPU资源，从而便于将CPU资源分配给非空闲的客户操作系统。优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

附图说明

图1所示为本发明的虚拟机系统结构示意图；

图2所示为本发明的CPU调度方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的虚拟机系统包括虚拟机监视器和客户操作系统，其中虚拟机监视器中包含系统空闲标志存储模块和系统管理模块，客户操作系统中包含系统空闲监听模块。其中，

系统管理模块，用于负责各个客户操作系统的CPU资源分配。系统管理模块将CPU资源分为CPU时间片，并将CPU时间片轮流分配给各个客户操作系统。

系统空闲标志存储模块，用于存储客户操作系统的空闲标志。一种实现方式是，系统空闲标志存储模块为每一个客户操作系统存储一个空闲标志，空闲标志和客户操作系统一一对应。另外一种实现方式是，所有的客户操作系统都对应于同一个空闲标志，但是，只有当一个客户操作系统获得当前CPU时间片的时候，才可以修改该空闲标志的状态，称获得当前CPU时间片的客户操作系统为当前客户操作系统，当客户操作系统不是当前客户操作系统时，无权修改该空闲标志，即该空闲标志仅对应于获得当前CPU时间片的客户操作系统。空闲标志可以以标志位的方式在系统空闲标志存储模块中存储，也可以以其它的方式在系统空闲标志存储模块中存储，并可用一特定值表示系统的空闲状态，只要可以用来区分客户操作系统的不同状态即可。

系统空闲监听模块，位于客户操作系统中，用于监听其所在的客户操作系统的状态，并当监听到客户操作系统处于空闲状态时，将系统空闲标志存储模块中的对应空闲标志设置为空闲状态。

系统空闲监听模块确定客户操作系统是否处于空闲状态可以通过多种方式实现。例如在进程具有优先级的系统中，当监听到系统只有空闲级的进程在运行时，则可以确定该系统处于空闲状态。或者当系统中运行的进程处于堵塞状态时，也可以认为该系统处于空闲状态。

系统管理模块，还用于初始化空闲标志的状态，并监听空闲标志的状态变化。空闲标志的初始化状态必须区别于其空闲状态。系统管理模块在将当前CPU时间片分配给一个客户操作系统时，同时将该客户操作系统对应的空闲标志设置为初始状态，然后监听该空闲标志的状态变化。当监听到该空闲标志变为空闲状态时，系统管理模块或者立即取回分配给当前客户操作系统的CPU时间片的剩余部分，或者根据其它客户操作系统的空闲标志确定是否取回分配给当前客户操作系统的CPU时间片的剩余部分。后一种处理方式只能应用于客户操作系统与空闲标志一一对应的情况，如果其它客户操作系统的空闲标志不都为空闲状态，则将取回分配给当前客户操作系统的CPU时间片的剩余部分，如果其它客户操作系统的空闲标志都为空闲状态，则可以不取回分配给当前客户操作系统的CPU时间片的剩余部分。

系统空闲监听模块还可以设置一开关装置，用于开启或者关闭系统空闲监听模块。当开关开启时，系统空闲监听模块执行对所在客户操作系统的状态监听，当开关关闭时，则系统空闲监听模块不再执行对客户操作系统的状态监听。通过系统空闲监听模块的开关选择，可以使不同的客户操作系统开启或者禁止空闲监听功能。

通过本发明提供的虚拟机系统，可以监听当前客户操作系统的状态，当发现当前客户操作系统处于空闲状态时，在需要的情况下取回当前客户操作系统的CPU资源，从而便于将CPU资源分配给非空闲的客户操作系统。优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

如图2所示，本发明的一种CPU资源的调度方法，其中，虚拟机监视器中存储客户操作系统的空闲标志，用来标明客户操作系统的当前状态。包括如下步骤：

步骤201，虚拟机监视器将CPU资源分配给当前客户操作系统，并初始化当前客户操作系统的空闲标志。

通常，虚拟机监视器中的系统管理程序负责管理虚拟机客户操作系统的资源分配和调度，其中就包括CPU资源的分配。系统管理程序可以采用上的BVT方法为各个客户操作系统分配CPU资源，也可以采用SEDF的方法为各个客户操作系统分配CPU资源，或者采用其它的CPU资源分配方法。系统管理程序将CPU资源以CPU时间片的方式轮流分配给不同的客户操作系统，并初始化获得当前CPU时间片的客户操作系统对应的空闲标志。将获得当前CPU时间片的客户操作系统成为当前客户操作系统。

步骤202，监听当前客户操作系统的状态，并当监听到其处于空闲状态时，将对应的空闲标志设置为空闲状态。

一种在具有进程优先级的系统中实现监听当前客户操作系统状态的实现方法是，在客户操作系统中启动一个空闲监听服务进程，该进程的优先级为空闲级。该进程运行时，执行将虚拟机监视器中对应的空闲标志设置为空闲状态。由于该进程的优先级为空闲级，所以只有没有更高优先级进程运行时，或者更高优先级的进程都已经运行后，该进程才开始运行。也就是说，只有当该客户操作系统比较“空闲”时，该进程才得以运行。

上述的实现方法中，空闲的定义是根据客户操作系统内进程的优先级来确定的。但是，系统空闲的定义并不依赖于系统进程的优先级。可以根据不同的需要定义系统的“空闲”状态。例如，也可以把系统运行的进程由于等待输入而处于堵塞状态时，定义为系统处于空闲状态，并由系统主动修改对应的空闲标志为空闲状态。

步骤203，虚拟机监视器当监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，根据空闲标志确定是否取回当前客户操作系统的CPU资源。

当虚拟机监视器监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，可以采用不同的处理方式。一种处理方式是，直接取回当前客户操作系统的CPU资源，即将分配给该操作系统的CPU时间片的剩余部分取回。另外一种处理方式是，根据其它客户操作系统的空闲标志确定是否取回当前客户操作系统的CPU资源，如果其它客户操作系统的空闲标志都为空闲状态，表明其它客户操作系统没有需要紧急处理进程，则不需要取回当前客户操作系统的CPU资源，如果其它客户操作系统的空闲标志不都为空闲状态，则表明其它客户操作系统中存在需要紧急处理进程，则取回当前客户操作系统的CPU资源。

如果当前客户操作系统的空闲标志一直都不是空闲状态，则不取回当前客户操作系统的CPU资源。

在虚拟机监视器只维护了一个对应于当前客户操作系统的空闲标志的情况下，当虚拟机监视器监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，因为不存在其它的空闲标志，所以直接取回当前客户操作系统的CPU资源。

进一步，可以为执行系统空闲监听的程序设置一个开关，当开关打开时，执行对其所在的客户操作系统的状态监听功能，当开关关闭时，禁止对其所在的客户操作系统的状态监听功能。这样，在用户需要的时候，可以关闭该开关，从而使其所在的客户操作系统，不管其是否处于空闲状态，都不取回分配给它的CPU资源。

通过本发明提供的CPU调度方法，可以监听当前客户操作系统的状态，当监听到当前客户操作系统处于空闲状态时，在需要的情况下取回当前客户操作系统的CPU资源，从而便于将CPU资源分配给非空闲的客户操作系统。优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

需要指出的一点是，通过本发明的步骤可以看出，本发明的虚拟机系统中的CPU资源调度方法，可以和其它的虚拟机系统中的CPU资源分配方法配合使用，从而进一步优化其它CPU资源分配方法的性能和效果。一个具体应用例是，采用BVT方法对各个客户操作系统分配CPU资源，同时应用本发明提供的方法来监听当前获得CPU资源的客户操作系统。如果当前客户操作系统的空闲标志一直不为空闲状态，则不管其它客户操作系统的空闲标志状态，都不取回该客户操作系统的CPU资源；如果当前客户操作系统的空闲标志变为空闲状态，则进一步判断其它客户操作系统的空闲标志状态，如果其它的客户操作系统的空闲标志都处于空闲状态，则不不取回该客户操作系统的CPU资源，否则，取回该客户操作系统的CPU资源。

综上所述，本发明提供的虚拟机系统及其CPU调度方法，可以监听客户操作系统的空闲状态，并将空闲客户操作系统的CPU资源取回以有利于分配给非空闲的客户操作系统，从而优化CPU资源在空闲客户操作系统和非空闲客户操作系统之间的分配。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种虚拟机系统，包含虚拟机监视器和客户操作系统，虚拟机监视器包含系统管理模块，用于分配各客户操作系统的CPU资源，其特征在于，还包括：

系统管理模块，还用于初始化和监听系统空闲标志存储模块中的空闲标志，并根据空闲标志确定是否取回当前获得CPU资源的客户操作系统的CPU资源。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统空闲标志存储模块中存储的空闲标志与客户操作系统一一对应。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，系统管理模块在监听到获得当前CPU资源的客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，进一步判断其它客户操作系统的空闲标志，如果其它客户操作系统的空闲标志不都为空闲状态，则取回所述获得当前CPU资源的客户操作系统的CPU资源。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所有客户操作系统获得当前CPU资源时对应于所述系统空闲标志存储模块的同一空闲标志。

5.如权利要求2或4所述的系统，其特征在于，系统管理模块在监听到获得当前CPU资源的客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，取回该客户操作系统的CPU资源。

6.如权利要求2至4中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统空闲监听模块进一步包含开关装置，用于开启或者关闭系统空闲监听模块。

7.一种虚拟机系统中的CPU调度方法，其特征在于，虚拟机监视器中存储客户操作系统的空闲标志，包括如下步骤：

虚拟机监视器监听当前客户操作系统的空闲标志，根据空闲标志确定是否取回当前客户操作系统的CPU资源。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，虚拟机监视器在监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，取回当前客户操作系统的CPU资源。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，虚拟机监视器在监听到当前客户操作系统的空闲标志为空闲状态时，进一步判断对应于其他客户操作系统的空闲标志是否都为空闲状态，如果是，则不取回当前客户操作系统的CPU资源，否则，取回当前客户操作系统的CPU资源。

10.如权利要求7至9中任何一项所述的方法，其特征在于，客户操作系统存在开关设置，在监听当前客户操作系统的状态之前，还包括如下步骤：

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述监听当前客户操作系统的状态包括：在所述客户操作系统内设置一进程，客户操作系统利用该进程监听自身状态。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述进程的优先级为空闲级，当该进程运行时，将虚拟机监视器中存储的与客户操作系统对应的空闲标志设置为空闲状态。