CN103049333A - 一种虚拟化下的中断动态分发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟化下的中断动态分发方法,包括:虚拟机管理器对其虚拟高级可编程中断处理器进行初始化,并且虚拟域对其本地可高级编程中断控制器进行初始化,虚拟机管理器接收来自于外设的物理中断请求,虚拟机管理器根据物理中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式,如果是动态分发方式,则虚拟机管理器检查驱动域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器,然后虚拟机管理器通过目的虚拟微处理器的事件通道将物理中断请求发送到该目的虚拟微处理器,驱动域根据物理中断请求生成对应的域间中断请求。本发明能够解决现有方法中存在的中断请求负载不均衡、中断请求延迟和分离驱动模型的并发处理的问题。
Description
技术领域
本发明属于虚拟化领域,更具体地,涉及一种虚拟化下的中断动态分发方法。
背景技术
虚拟化技术是云计算技术的基础,I/O虚拟化的性能将直接影响虚拟化技术的发展,特别是网络I/O的虚拟化性能。在服务器虚拟化领域,高速网络设备(如千兆以太网卡等)短时间内会带来内大量的中断请求;因此高效的中断虚拟化技术就显得更加重要了。在X86平台的SMP架构中,外设的中断线连接到一个名为I/O高级可编程中断控制器(Input/OutputAdvanced Programmable Interrupt Controller,简称I/O APIC)上。此外,X86微处理器当前所有CPU都含有一个本地高级可编程中断控制器(Advanced Programmable Interrupt Controller,简称APIC)。每个本地APIC都有32位的寄存器、一个内部时钟、一个本地定时设备及为本地APIC保留的两条额外的IRQ线LINT0和LINT1。所有的本地APIC都连接到一个外部I/O APIC,形成一个多APIC的系统。I/O APIC其中最重要的是中断重定向表,表中的信息负责将每个外部IRQ转化成一条消息并通过APIC总线发送给一个或者多个APIC单元。因此,在非虚拟化的情况下,外设的IRQ由I/O APIC负责分发。
如图1所示,在引入了虚拟化技术后,由于CPU虚拟化增加了虚拟微处理器,中断的处理响应的增加了虚拟中断层。但目前的中断虚拟化技术没有完全对I/O APIC多APIC系统进行虚拟化,导致了虚拟化中断都只能简单的进行静态分发,默认都是分发给第一个虚拟微处理器,而不能进行动态分发。具体来说,就是虚拟机管理器只能将所有的物理中断发送给驱动域的第一个虚拟微处理器,即所有的物理中断请求都需要由驱动域的第一个微处理器来处理;虚拟域只能将所有的域间中断都发送给其他域的第一个虚拟微处理器,即所有的域间中断请求都需要由虚拟域的第一个微处理器来处理。
然而,现有的虚拟化下的中断分发方法存在以下问题:
1、中断请求集中在第一个微处理器上,造成中断分发在多核虚拟域的负载不均衡;
2、虚拟I/O的服务延迟增大,由于中断请求在单一微处理器上排队,排队的延迟比非虚拟化下的增大,造成I/O的服务延迟增大;
3、分离驱动模型的中断请求不能并发处理,即域间中断只能在驱动域的第一个虚拟微处理器和其他域的第一个微处理器之间发送,没有充分利用虚拟域的多核特性,从而造成了分离驱动模型的I/O性能下降。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种虚拟化下的中断动态分发方法,旨在解决现有方法中存在的中断请求负载不均衡、中断请求延迟和分离驱动模型的并发处理的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种虚拟化下的中断动态分发方法,包括以下步骤:
(1)虚拟机管理器对其虚拟高级可编程中断处理器进行初始化,并且虚拟域对其本地可高级编程中断控制器进行初始化;
(2)虚拟机管理器接收来自于外设的物理中断请求;
(3)虚拟机管理器根据物理中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式,如果是静态分发方式,则进入步骤(5),如果是动态分发方式,则进入步骤(4);
(4)虚拟机管理器检查驱动域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器,然后进入步骤(6);
(5)虚拟机管理器根据物理中断请求确定目的虚拟微处理器;
(6)虚拟机管理器通过目的虚拟微处理器的事件通道将物理中断请求发送到该目的虚拟微处理器;
(7)驱动域根据物理中断请求生成对应的域间中断请求;
(8)驱动域根据域间中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式;如果是静态分发方式,则进入步骤(10),如果是动态分发方式,则进入步骤(9);
(9)驱动域检查其他域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器,然后进入步骤(11);
(10)驱动域根据域间中断请求确定目的虚拟微处理器;
(11)驱动域通过目的虚拟微处理器的事件通道将域间中断请求发送到该目的虚拟微处理器。
在步骤(1)中,虚拟机管理器将虚拟I/O APIC的分发方式设置为动态分发方式,并且虚拟域设置本地PIC中的优先级和仲裁优先级。
虚拟域包括驱动域和其他域,外设包括外部存储器、网络设备,物理中断请求包括物理请求编号、物理请求地址。
步骤(3)中,虚拟机管理器是根据物理中断请求中的物理请求编号及虚拟机管理器中的配置文件来判断分发方式的类型。
其他域和虚拟微处理器的配置均包括其优先级和仲裁优先级。
步骤(7)中,通过驱动域中的后端驱动产生域间中断请求包括有域间中断请求的编号和地址等信息。
步骤(8)中,驱动域是根据域间中断请求中的域间中断请求编号及驱动域中的配置文件来判断分发方式的类型。
步骤(5)包括以下子步骤:
(5-1)虚拟机管理器中的虚拟I/O APIC判断在驱动域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(5-5),如果是多个,则进入步骤(5-2);
(5-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(5-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(5-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(5-5)虚拟I/O APIC将物理中断请求发送到该虚拟微处理器。
步骤(10)包括以下子步骤:
(10-1)驱动域中的虚拟I/O APIC判断在其他域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(10-5),如果是多个,则进入步骤(10-2);
(10-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(10-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(10-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(10-5)虚拟I/O APIC将域间中断请求发送到该虚拟微处理器。
通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,本发明具有以下的有益效果:
1、能实现负载均衡:由于采用了步骤(1)、(5-1)、(5-4)、(10-1)和(10-4),从而使得所有的虚拟微处理器都可以参数响应和处理物理中断请求和域间中断请求,即中断请求被均衡到所有的虚拟处理器上,中断请求本均衡的分布在各个虚拟微处理器上;
2、减小了虚拟I/O的服务延迟:由于采用了步骤(5-2)、(5-4)、(10-2)和(10-4),物理中断请求和域间中断请求队列从单一队列增加到每个微处理器都有一个队列,从而使得虚拟I/O的中断请求的服务延迟减小;
3、增加了分离驱动模型中的中断请求处理的并发度:由于采用了步骤(10-2)、(10-3)和(10-4),域间中断请求可以再驱动域和其他域的所有虚拟微处理器之间传递,而不是单一地从驱动域的第一个微处理器和其他域的第一个微处理器之间传递,充分利用的虚拟域的多核特性,增加了分离驱动模型的中断请求处理的并发度。
附图说明
图1为现有的虚拟化下中断分发方法的框架图。
图2为本发明虚拟化下的中断动态分发方法的框架图。
图3为本发明虚拟化下的中断动态分发方法的流程图。
图4为本发明方法中步骤(5)的细化流程图。
图5为本发明方法中步骤(10)的细化流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
首先对本发明种的技术术语进行解释和定义:
高级可编程中断控制器:英文为I/O APIC,安装在微机主板上的可编程组件,负责将外部中断请求转发给微处理器的内部中断控制器。
事件通道:英文为Event Channel,虚拟机管理器与虚拟机以及虚拟机与虚拟机之间的异步通信方法。
驱动域:英文为Driver Domain,在半虚拟化模型中用于管理设备的虚拟机,具有操作相关设备的特权,驱动域包含设备的驱动程序和设备的后端驱动程序。
物理中断:英文缩写为pIRQ,是一类由虚拟机管理器发送给驱动域的虚拟中断请求,这类中断请求模拟实现真实外设发送的中断请求。
域间中断:英文缩写为Inter-domain IRQ,是一类在虚拟域与虚拟域之间发送的虚拟中断请求,这类中断请求传递分离驱动模型中断额中断请求。
下面结合附图对本发明进一步作详细的说明。
如图3所示,本发明虚拟化下的中断动态分发方法包括以下步骤:
(1)虚拟机管理器对其虚拟高级可编程中断处理器进行初始化,并且虚拟域对其本地可高级编程中断控制器进行初始化;虚拟域包括有驱动域和其他域,具体而言,虚拟机管理器将虚拟I/O APIC的分发方式设置为动态分发方式,并且虚拟域设置本地PIC中的优先级和仲裁优先级;
(2)虚拟机管理器接收来自于外设的物理中断请求;在本实施方式中,外设包括外部存储器、网络设备等,物理中断请求包括物理请求编号、物理请求地址等信息;
(3)虚拟机管理器根据物理中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式,如果是静态分发方式,则进入步骤(5),如果是动态分发方式,则进入步骤(4);具体而言,虚拟机管理器是根据物理中断请求中的物理请求编号及虚拟机管理器中的配置文件来判断分发方式的类型;
(4)虚拟机管理器检查驱动域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器;虚拟微处理器的配置包括其优先级和仲裁优先级,然后进入步骤(6);
(5)虚拟机管理器根据物理中断请求确定目的虚拟微处理器;
(6)虚拟机管理器通过目的虚拟微处理器的事件通道将物理中断请求发送到该目的虚拟微处理器;
(7)驱动域根据物理中断请求生成对应的域间中断请求;具体而言,通过驱动域中的后端驱动产生域间中断请求包括有域间中断请求的编号和地址等信息;
(8)驱动域根据域间中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式;如果是静态分发方式,则进入步骤(10),如果是动态分发方式,则进入步骤(9);具体而言,驱动域是根据域间中断请求中的域间中断请求编号及驱动域中的配置文件来判断分发方式的类型;
(9)驱动域检查其他域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器;其他域的配置包括其优先级和仲裁优先级,然后进入步骤(11);
(10)驱动域根据域间中断请求确定目的虚拟微处理器;
(11)驱动域通过目的虚拟微处理器的事件通道将域间中断请求发送到该目的虚拟微处理器。
如图4所示,本发明方法中的步骤(5)包括以下子步骤:
(5-1)虚拟机管理器中的虚拟I/O APIC判断在驱动域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(5-5),如果是多个,则进入步骤(5-2);具体而言,虚拟I/O APIC通过读取本地APIC中的优先级来获取优先级最低的虚拟微处理器的数量;
(5-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(5-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(5-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(5-5)虚拟I/O APIC将物理中断请求发送到该虚拟微处理器。
如图5所示,本发明方法中的步骤(10)包括以下子步骤:
(10-1)驱动域中的虚拟I/O APIC判断在其他域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(10-5),如果是多个,则进入步骤(10-2);具体而言,虚拟I/O APIC通过读取本地APIC中的优先级来获取优先级最低的虚拟微处理器的数量;
(10-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(10-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(10-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(10-5)虚拟I/O APIC将域间中断请求发送到该虚拟微处理器。
如图2所示,在本发明中提出的方法中,物理中断请求以轮转的方式在驱动域所有可用的虚拟微处理器之间进行分发,域间中断请求以轮转的方式在虚拟域所有可用虚拟微处理器之间进行分发。
通过图1和图2的对比,可以知道本发明提出了虚拟化下的中断请求(包括物理中断请求和域间中断请求)的分发方法:以静态分发或者动态分发的方式在可用虚拟微处理器之间分发,而不是单一分发给第一个虚拟微处理器。本发明提出的分发方法解决了虚拟化下的中断负载均衡问题;有效地解决了物理CPU的负载均衡问题,特别是在虚拟微处理器直接绑定到物理CPU的情况下的物理CPU负载不均衡情况;最后达到改善多核服务器下的I/O虚拟化性能。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种虚拟化下的中断动态分发方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)虚拟机管理器对其虚拟高级可编程中断处理器进行初始化,并且虚拟域对其本地可高级编程中断控制器进行初始化;
(2)虚拟机管理器接收来自于外设的物理中断请求;
(3)虚拟机管理器根据物理中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式,如果是静态分发方式,则进入步骤(5),如果是动态分发方式,则进入步骤(4);
(4)虚拟机管理器检查驱动域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器,然后进入步骤(6);
(5)虚拟机管理器根据物理中断请求确定目的虚拟微处理器;
(6)虚拟机管理器通过目的虚拟微处理器的事件通道将物理中断请求发送到该目的虚拟微处理器;
(7)驱动域根据物理中断请求生成对应的域间中断请求;
(8)驱动域根据域间中断请求判断其分发方式是静态分发方式,还是动态分发方式;如果是静态分发方式,则进入步骤(10),如果是动态分发方式,则进入步骤(9);
(9)驱动域检查其他域中虚拟微处理器的配置,并根据配置确定目的虚拟微处理器,然后进入步骤(11);
(10)驱动域根据域间中断请求确定目的虚拟微处理器;
(11)驱动域通过目的虚拟微处理器的事件通道将域间中断请求发送到该目的虚拟微处理器。
2.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,在步骤(1)中,虚拟机管理器将虚拟I/O APIC的分发方式设置为动态分发方式,并且虚拟域设置本地PIC中的优先级和仲裁优先级。
3.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,
虚拟域包括驱动域和其他域;
外设包括外部存储器、网络设备;
物理中断请求包括物理请求编号、物理请求地址。
4.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,步骤(3)中,虚拟机管理器是根据物理中断请求中的物理请求编号及虚拟机管理器中的配置文件来判断分发方式的类型。
5.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,其他域和虚拟微处理器的配置均包括其优先级和仲裁优先级。
6.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,步骤(7)中,通过驱动域中的后端驱动产生域间中断请求包括有域间中断请求的编号和地址等信息。
7.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,步骤(8)中,驱动域是根据域间中断请求中的域间中断请求编号及驱动域中的配置文件来判断分发方式的类型。
8.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,步骤(5)包括以下子步骤:
(5-1)虚拟机管理器中的虚拟I/O APIC判断在驱动域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(5-5),如果是多个,则进入步骤(5-2);
(5-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(5-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(5-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(5-5)虚拟I/O APIC将物理中断请求发送到该虚拟微处理器。
9.根据权利要求1所述的中断动态分发方法,其特征在于,步骤(10)包括以下子步骤:
(10-1)驱动域中的虚拟I/O APIC判断在其他域中查找到的优先级最低的虚拟微处理器的数量是1个还是多个,如果是1个,则进入步骤(10-5),如果是多个,则进入步骤(10-2);
(10-2)虚拟I/O APIC确定本地APIC的仲裁优先级中最低的一个仲裁优先级所对应的虚拟微处理器;
(10-3)虚拟I/O APIC将该虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级设置为0,将其他虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1;
(10-4)虚拟I/O APIC判断所有虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级是否有大于15的,如果有,则将步骤(5-2)中确定的虚拟微处理器对应的本地APIC的仲裁优先级加1,过程结束;否则过程结束;
(10-5)虚拟I/O APIC将域间中断请求发送到该虚拟微处理器。
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