CN101196834B - 为平台资源实现服务质量优先级等级控制的方法、设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及平台资源的服务质量实现。公开了一种方法、计算机可读介质和系统。在一个实施例中，该方法包括为除中央处理器核心以外，与计算机系统上运行的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源设置服务质量(QoS)优先级等级值；以及确定是否根据QoS优先级等级设置将一个或多个计算机系统平台资源分配给该任务。

Description

为平台资源实现服务质量优先级等级控制的方法、设备和系统
技术领域
本发明涉及平台资源的服务质量。
背景技术
随着多核多线程处理器变得常见，在计算机工业中，存在一种强烈的需求，要求允许操作系统和应用程序对平台中的可用资源具有更好的控制。由于更多的核心和计算能力加到了计算机平台，运行在这些核心上的应用程序共享的其余平台资源，需要被很好地管理以便创建一个平衡的系统。现今，使用任务优先级寄存器(TPR)将向运行在中央处理器上的应用程序提供的计算机系统服务的差异等级限于处理器核心。当应用软件经历不同的任务优先级等级时，软件设置该寄存器以标志该处理器的当前优先级等级。该信息用来避免处理器被更低优先级的事件中断。
处理器硬件保证在核心内的优先级执行，并且本质上是管理可用计算机资源的机制。但是，当其涉及在核心之外的资源时，当前并没有机制针对软件将服务级别需求传到潜在的平台级别服务质量(QoS)机制。处理器和平台资源的细粒度管理的这种缺乏可能随着更多虚拟技术的实现而恶化，并且计算机用户通过在同一台机器上运行多种完全不同的应用程序来巩固他们的服务器。针对于此，在组件以及平台级别上，开发在处理器核心之外的QoS机制，以提供更好的管理可用资源的方法。但是没有合适的机制将这些能力展示给操作系统和应用程序，可能无法实现平台QoS的全部潜力。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种方法，包括：为除中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值；以及确定是否将根据QoS优先级等级设置，将一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读介质，其上包含有指令，所述指令在由计算机执行时使所述计算机执行包括如下步骤的方法：为除中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值；以及确定是否将根据QoS优先级等级设置，将所述一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务。
根据本发明的又一方面，提供一种系统，包括：互连；中央处理器，耦合到所述互连；输入/输出(I/O)设备，耦合到所述互连；存储器，耦合到所述互连，所述存储器适合于存储指令，所述指令在由所述处理器运行时执行如下操作：为除所述中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个系统资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值；以及确定是否将根据QoS优先级等级设置，将所述一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务。
附图说明
本发明通过例子方式来图解说明，并且不受附图中图的限制，附图中类似的参考标记表明类似的部件，并且其中：
图1是可以用在本发明实施例的计算机系统的框图。
图2描述使用现有TPR来设置平台资源优先级等级的平台上的平台级QoS机制的一个实施例。
图3描述使用PQR来设置平台资源优先级等级的平台上的平台级QoS机制的实施例的详细型式。
图4图解说明图2所示的平台级QoS机制使用的现有TPR和CR8的实现的一个实施例。
图5图解说明图3所示的在其中实现PQR的平台级QoS机制使用的CR8的实现的一个实施例。
图6描述使用平台资源优先化进程的可用位的存储器页表条目(PTE)格式的一个实施例。
图7是基于QoS优先级等级分配计算机平台资源的过程的一个实施例的流程图。
图8是用QoS优先级等级值来标记存储器要求存取在处理器核心之外的平台资源的请求的过程的一个实施例的流程图。
图9是用平台资源QoS优先级等级值来填充存储器页表条目的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
描述了为平台资源实现服务质量优先级等级控制的方法、系统和计算机可读介质的实施例。在以下说明中，阐述众多具体细节。然而，应当清楚，可以脱离这些具体细节而实现实施例。在另一些例子中，为了避免模糊本发明，未详细讨论众所周知的元件、规范和协议。
图1是可以用于本发明实施例的计算机系统的框图。计算机系统包含处理器-存储器互连100，用于在耦合到互连100的不同代理例如处理器、桥接器、存储器设备等之间通信。处理器-存储器互连100包括用于发送判优、地址、数据和控制信息的具体互连线(未示出)。在一个实施例中，中央处理器102可以耦合到处理器-存储器互连100。在另一个实施例中，可以有耦合到处理器-存储器互连的多个中央处理器(在该图中未示出多个处理器)。
在一个实施例中，中央处理器102具有单个核心104。在另一个实施例中，中央处理器102具有多个核心(在该图中未示出多个核心)。核心104耦合到还位于中央处理器102的高速缓冲存储器106。另外，中央处理器102可以包括先进可编程中断控制器(APIC)108。APIC 108具有许多控制寄存器(CR)和其它处理器专用寄存器。在一个实施例中，任务优先级寄存器(TPR)是位于APIC 108中的寄存器。
处理器-存储器互连100提供中央处理器102和其它设备对系统存储器110的存取。系统存储器控制器控制对系统存储器110的存取。在一个实施例中，系统存储器控制器位于耦合到处理器-存储器互连100的芯片组112的北桥114中。在另一个实施例中，系统存储器控制器位于与中央处理器102相同的芯片上。信息、指令和其它数据可以存储在系统存储器110中，供中央处理器102和许多其它潜在设备使用。I/O设备，例如I/O设备118和122，通过一个或多个I/O互连120和124耦合到芯片组112的南桥116。
在一个实施例中，运行在中央处理器102上的软件应用程序可具有确定其相对于任意其它软件应用程序的执行重要性的优先级等级。该优先级等级给软件应用程序一个在中央处理器102上执行时的规定优先级。在不同的实施例中，可以有一个、两个、四个或者许多优先级等级。在一个实施例中，中央处理器102可以被设置为，与优先级较低的程序相比，仅仅更频繁地运行特定优先级等级的程序。而且，如果中央处理器102被设置为运行特定优先级等级的软件应用程序，则不允许在更低优先级等级的任何外部中断来中断当前的执行。
运行在中央处理器102上的软件应用程序可以运行很多任务。在一个实施例中，一个任务是软件应用程序执行的某一部分。在应用程序中的每个任务都可以被指定某个优先级等级。软件应用程序能够设置TPR来标志中央处理器核心的当前优先级等级。用特定优先级等级值来设置处理器的TPR告诉中央处理器102阻止较低优先级的中断。这能够确定在中央处理器102上执行的任务的可中断性。
由中央处理器102执行的不同软件应用程序以及在每个应用程序中执行的不同任务，要求来自计算机系统平台的不同数量和类型的资源。例如，一个任务可以是存储器存储量集中的，另一个可以是处理器-存储器互连带宽集中的，另一个可以是输入/输出(I/O)集中的，并且另一个可以是中央处理器(CPU)高速缓存集中的。根据运行在计算机系统上的任务需要分配这些不同的平台资源通常是有益的。因此，在一个实施例中，图1中所示的计算机系统允许给系统中的高速缓存、互连、存储器、I/O以及电力资源指定独立的优先级等级。优先化这些资源的能力是除CPU核心运行任务的优先化以外的能力。
在一个实施例中，图1所示的计算机系统具有一个进程，依靠该进程，计算机系统上运行的软件应用程序能够将应用程序的优先级需求传送到平台有关资源，例如存储器、I/O、互连、处理器高速缓存和系统电源。在一个实施例中，定义平台优先级寄存器(PQR-平台QoS寄存器)，其使用类似于TPR。在该实施例中，运行在处理器上的软件用表示关于平台资源的当前运行任务的平台优先级要求的值设置PQR。在不同的实施例中，软件可以设置PQR以优先化系统存储器、I/O、处理器-存储器互连、处理器的高速缓存、平台电力输送系统、或者两个或更多个上述资源的组合。在另一个实施例中，除上述所列资源以外，附加平台资源的可用性也由PQR操控。
基于当前PQR值，用优先级等级信息来标记软件应用程序的涉及处理器核心以外的存储器和I/O存取。平台中的QoS执行机制使用该优先级标记来分配适于该请求的平台资源。在不同的实施例中，平台QoS执行机制可以包括在资源中的逻辑，该逻辑能够从存储器和I/O存取中读出标记的QoS信息，并相应地调整资源与存取的交互，平台QoS执行机制也可以包括操作系统中的软件逻辑，该逻辑能够根据标记的QoS信息来调整资源使用，或者包括能够在平台上实现的任何其它资源使用调整逻辑。在一个实施例中，标记信息可包括加到存储器/IO存取的特定位，其能够被QoS逻辑用来确定特定存取的优先级等级。
图2描述了平台上的平台级QoS机制的一个实施例，该机制利用现有TPR设置平台资源优先级等级。在该实施例中，现有TPR除了其当前工作即提供处理器核心服务差异以外，还明显用于提供平台服务差异。在该实施例中，软件应用程序具有在计算机系统上运行的任务200。通过给操作系统提供当前任务优先级等级204，该任务与操作系统202交互。该操作系统202获得当前任务优先级等级，并将其馈送给TPR 206。随着任务200的运行，它导致系统存储器存取208。
通过平台QoS标记过程210用TPR的当前值来标记该存取。平台QoS标记过程210把从TPR接收的QoS信息加到存储器或者I/O存取事务处理。因此，存储器/IO存取具有附加的优先级等级信息，同时它等于处理器正在运行的TPR。如果TPR规定当前任务的优先级等级对于处理器是高的，那么平台QoS标记过程210把高优先级标记加到在核心之外的存储器存取。所以，在核心之外的存储器/IO存取将由任意平台QoS允许的资源，比如高速缓存、处理器-存储器互连、系统存储器、I/O或者平台电力输送，给予高优先级。在一个实施例中，优先级等级可以是低、中和高。在该实施例中，如果在TPR中优先级等级是高，则需要进程也从平台获得高优先级待遇。
在另一个实施例中，控制寄存器8(CR8)用来为平台QoS资源保存优先级等级。
Figure G2007101944284D00061
公司的IA-32体系结构的64位扩展中使用了CR8。然后，由一个或多个QoS允许的资源212接收标记的存储器/IO存取，并且这些资源能够相应地修改其与存储器/IO存取之间的交互。QoS允许的资源能够读取标记信息中的优先级等级，并且确定哪个存储器/IO存取应该被给予优先级。例如，如果一个存储器/IO存取被标记为“高”优先级，则它通过被标记为“中”优先级的另一个存储器/IO存取接收来自QoS允许的资源的优先选择。
用TPR的当前值来标记存储器/IO存取的这个过程允许给予平台资源与处理器核心相同的优先级等级。当该过程允许在平台上给予高优先级任务高优先级时，它就不允许在不同的平台资源中优先级等级的差异，以及来自处理器核心优先级等级的差异。
图3描述在利用PQR设置平台资源优先级等级的平台上的平台级QoS机制的一个实施例的详细型式。在该实施例中，基于当前运行软件所需的平台优先级来设置PQR。任务300通过通知OS/VMM其当前平台优先级304来与操作系统或虚拟机管理程序(OS/VMM)302交互。OS/VMM 302将该平台优先级信息输入到PQR 306。然后，当任务运行时，根据PQR 306中的值，向OS/VMM 302请求的存储器和IO存取308被标记310。然后QoS了解的平台资源例如高速缓存、互连、存储器或者I/O 312相应地处理这些存取。由于PQR是允许不同平台资源之间优先化差异的可定制寄存器，因此该实施例例如可实施高速缓存或系统存储器中的更多空间，预留处理器-存储器互连中的带宽，或基于QoS策略在I/O中给予优先选择的处理。在一个实施例中，OS/VMM允许基于PQR的平台资源优先化进程。在该实施例中，OS/VMM具有应用程序编程接口(API)以允许软件应用程序存取PQR和相关平台资源优先化。另外，OS/VMM将需要管理系统中多进程和线程当中的相对平台资源优先级等级。
图4图解说明图2所示的平台级QoS机制所使用的现有TPR和CR8的实现的一个实施例。在该实施例中，TPR使用在比特位置7∶4中的任务优先级值。而在CR8中，任务优先级值在比特位置3∶0中。
图5图解说明了在图3实现PQR的平台级QoS机制所使用的CR8实现的一个实施例。在该实施例中，除了使用在比特位置3∶0中的任务优先级值，CR8具有在比特位置5∶4中的PQR位。在这个具体实施例中，CR8的两个位被用来规定高速缓存优先级等级，这将允许高速缓存的四个独立的优先级等级。例如，两个PQR位可以是11，它表示最高优先级，或者是00，它表示最低优先级。在一个实施例中，高速缓存中的不同优先级等级与存取高速缓存的特定百分比的能力相关。例如，最高优先级等级(优先级11)可以允许存取高速缓存的100％；次高优先级等级(10)可以允许存取高速缓存的50％；下一优先级等级(01)可以允许存取高速缓存的10％；而最低优先级(00)根本不允许存取高速缓存。在另一个实施例中，CR8可以利用附加位来为高速缓存之外的其它资源(未示出)标记优先级等级。
图6描述使用平台资源优先化进程的可用位的存储器页表条目(PTE)格式的一个实施例。在该实施例中，通过修改每个存储器PTE中的某些属性来实现平台资源优先化，从而使平台资源与该存储器页面相关联。图4中的PTE图解说明了在当前PTE格式中的两个独立的位置，它们可用于用作平台QoS位。
在一个实施例中，通过在另一个型号特定寄存器(MSR)或CR中提供位屏蔽，能够将一些软件控制的位(62∶52)400用作平台QoS位。在另一个实施例中，依靠预留位(51∶40)402的可用性，上述位中的一些能够被定义为平台QoS位。什么QoS平台资源可被允许或不允许的特定使用以及优先化粒度特别取决于能够使用的位数。
在一个实施例中，当在计算机系统中分配虚拟存储器时，指定每个存储器页面的优先级等级并将其加到关联的PTE。随后能够通过OS或者VMM调用更改优先级。PTE信息，包括平台资源优先级位，被装载到转换后备缓冲区。用该平台优先级信息来标记对该页面的随后存取。
图7是基于QoS优先级等级分配计算机平台资源的过程的一个实施例的流程图。该过程由可包括硬件(电路，专用逻辑等)、软件(例如运行在通用计算机系统或者专用机器上)、或者两者的组合的处理逻辑来执行。参考图7，该过程开始于处理逻辑设置除中央处理器核心以外与当前运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源的QoS优先级等级值(处理块700)。在一个实施例中，平台资源包括中央处理器高速缓存、系统存储器、处理器-存储器互连和I/O。然后，处理逻辑确定是否将根据QoS优先级等级设置，将一个或多个计算机系统平台资源分配给任务(处理块702)，并且过程结束。
图8是用QoS优先级等级值标记存储器请求的过程的实施例的流程图，该存储器请求要求存取处理器核心之外的平台资源。该过程由可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如运行在通用计算机系统或者专用机器上)、或者两者组合的处理逻辑来执行。参考图8，该过程开始于处理逻辑用与当前运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个资源的优先级等级值来设置平台QoS寄存器(PQR)(处理块800)。接下来，处理逻辑接收存储器/IO资源请求(处理块802)。如果资源请求被包括在处理器核心内，那么处理逻辑对该资源请求不做任何事，并且返回来接收另一个存储器/IO资源请求(处理块802)。否则，如果资源请求需要存取在处理器核心以外的存储器或者I/O，那么处理逻辑用与PQR中的值相关联的平台资源使用信息来标记该请求(处理块806)，并且过程结束。在一个实施例中，被标记的存储器/IO存取随后由一个或多个QoS允许的平台资源来处理，该平台资源使用标记的资源使用信息来确定应用于该存储器/IO资源存取的优先级等级。
图9是用平台资源QoS优先级等级值来填充存储器页表条目的过程的实施例的流程图。该过程由可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如运行在通用计算机系统或者专用机器上)、或者两者组合的处理逻辑来执行。参考图9，该过程开始于处理逻辑用与当前运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个资源的QoS优先级等级值来设置多个存储器页表条目(处理块900)。在一个实施例中，当系统引导或者虚拟存储器被分配给一个进程时，执行该进程。在一个实施例中，该进程是软件应用程序。在另一个实施例中，随后在常规系统操作期间，操作系统和虚拟机管理程序在页表条目中设置QoS优先级等级值。然后，处理逻辑根据为每个存储器页面设置的QoS优先级等级值来优先化存储器位置的可存取性(处理块902)，并且过程结束。
因此，描述了实现平台资源的服务质量优先级等级控制的方法、系统和计算机可读介质的实施例。这些实施例是参照其特定示范实施例来描述的。很明显，受益于本公开的人们在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下，可以对这些实施例作各种修改和改变。因此，说明书和附图被看作是举例性的而不限制性的意思。

Claims (20)

1.一种为平台资源实现服务质量优先级等级控制的方法，包括：
为除中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值；以及
根据QoS优先级等级设置，确定是否将所述一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算机系统平台资源包括所述计算机系统的存储器、输入/输出(I/O)、互连组件、高速缓存和电力输送系统中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置平台QoS寄存器；以及
用与所述平台QoS寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器和I/O请求。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置所述处理器核心的任务优先级寄存器；并且
用与所述任务优先级寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器请求。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置多个存储器页表条目；
根据为每个存储器页面设置的所述QoS优先级等级值来优先级化存储器位置的可存取性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中用所述QoS优先级等级值来设置存储器页表条目是在虚拟存储器分配期间完成的。
7.根据权利要求5所述的方法，其中用所述QoS优先级等级值来设置存储器页表条目是通过操作系统调用或虚拟机管理程序调用完成的。
8.一种为平台资源实现服务质量优先级等级控制的装置，包括：
为除中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个计算机系统平台资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值的部件；以及
根据QoS优先级等级设置，确定是否将所述一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务的部件。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述计算机系统平台资源包括所述计算机系统的存储器、输入/输出(I/O)、互连组件和高速缓存。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置平台QoS寄存器的部件；以及
用与所述平台QoS寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器和I/O请求的部件。
11.根据权利要求9所述的装置，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置所述处理器核心的任务优先级寄存器的部件；以及
用与所述任务优先级寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器请求的部件。
12.根据权利要求9所述的装置，还包括：
用所述QoS优先级等级值来设置多个存储器页表条目的部件；以及
根据为每个存储器页面设置的所述QoS优先级等级值来优先级化存储器位置的可存取性的部件。
13.一种为平台资源实现服务质量优先级等级控制的系统，包括：
互连组件；
中央处理器，耦合到所述互连组件；
输入/输出(I/O)设备，耦合到所述互连组件；
为除所述中央处理器核心以外与运行在计算机系统上的任务相关的一个或多个系统资源，设置服务质量(QoS)优先级等级值的部件；以及
根据QoS优先级等级设置，确定是否将所述一个或多个计算机系统平台资源分配给所述任务的部件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述计算机系统平台资源包括所述计算机系统的存储器、输入/输出(I/O)、互连组件和高速缓存中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述系统：
用所述QoS优先级等级值来设置平台QoS寄存器；以及
用与所述平台QoS寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器和I/O请求。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述系统：
用所述QoS优先级等级值来设置所述处理器核心的任务优先级寄存器；以及
用与所述任务优先级寄存器中的值关联的计算机系统平台资源使用信息来标记在所述中央处理器核心外的存储器请求。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述系统：
用所述QoS优先级等级值来设置多个存储器页表条目；以及
根据为每个存储器页面设置的所述QoS优先级等级值来优先级化存储器位置的可存取性。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述系统在虚拟存储器分配期间，用所述QoS优先级等级值来设置所述存储器页表条目。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述系统通过操作系统调用或虚拟机管理程序调用，用所述QoS优先级等级值来设置所述存储器页表条目。
20.根据权利要求13所述的系统，其中所述系统具有多个中央处理器。
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