CN103440159B - 进程调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种进程调度方法和系统。其中方法包括：虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程；当所述虚拟机确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，以使所述Xenstore将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。本发明实施例以克服现有技术中不能兼顾所有VM的实时性的问题以及资源利用率低的问题。

Description

进程调度方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及计算机技术，尤其涉及一种进程调度方法和系统。

背景技术

在计算机技术中，虚拟化是指计算元件运行在虚拟的基础上而不是真实的基础上，支持在同一硬件平台上多个操作系统同时存在和并发操作，通常，同一硬件平台上可以运行至少一个主机操作系统（Host Operation System，简称：HostOS）和多个虚拟机（Virtual Machine，简称：VM），其中，HostOS为运行在真实的主机上的操作系统，可以对真实的单个中央处理器（Per Central Processing Unit，简称：PCPU）进行控制，VM中可以包含一个或多个虚拟中央处理器（Virtual Central Processing Unit，简称：VCPU）并具有操作系统。在每个VM的操作系统上运行的均进程需要由硬件平台上真实的PCPU对VM中的VCPU进行调度后，由PCPU来处理。由于各个VM上的进程可以并行地运行，如何满足进程的实时性要求是虚拟化技术领域的重要问题之一。

现有技术中，采用基于绑定和隔离的技术实现虚拟机的实时性，将优先级高的VM的VCPU与PCPU进行绑定，以此来处理该VM下的所有实时进程，其中，每个被绑定的PCPU相互隔离、互不干扰，即每个虚拟机下的实时进程单独进行处理。

但是，在该方案下，如果某一优先级高的虚拟机在一段时间内都没有实时进程，那么与该VM的VCPU所绑定的PCPU就会处于空闲状态；而某一优先级低的VM恰好在该时间段内实时进程较多，由于PCPU有限，因此会造成实时进程阻塞。因此，现有技术的方案中不能兼顾所有VM的实时性，而且存在资源浪费的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种进程调度方法和系统，以克服现有技术中不能保证所有VM的实时性的问题以及资源利用率低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种进程调度方法，包括：

虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程；

当所述虚拟机确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PVDriver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，以使所述Xenstore将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；

主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，在所述虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程之前，还包括：

进程优先级调整模块通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

根据第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，在所述主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式之前，还包括：

接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识；

根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在所述根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式之前，还包括：

根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态；

所述根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式，包括：

当所述VCPU的授权状态为允许修改时，根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

第二方面，本发明实施例提供一种进程调度系统，包括：

虚拟机调度器，用于判断所述虚拟机调度器对应的虚拟机上是否存在实时进程；

半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API，用于当所述虚拟机调度器确定出所述虚拟机存在实时进程时，向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令；

域间共享模块Xenstore，用于根据所述优先级调整指令将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；

主机操作系统，用于通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，还包括：

进程优先级调整模块，用于通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

根据第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述主机操作系统还用于：

接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识；

根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

根据第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述主机操作系统具体用于：

根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态；

当所述VCPU的授权状态为允许修改时，根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

本发明实施例提供的进程调度方法和系统，在VM确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，使得所述Xenstore将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式，实现主机操作系统能够感知到所述VCPU为实时模式，从而优先处理所述VCPU对应的进程，能够保证主机操作系统对VM中需要优先处理的实时进程的及时感知，从而及时调整各个真实的PCPU对进程的处理顺序，因此，能够解决现有技术中VM的实时进程需要优先处理的信息无法传递到主机操作系统的技术缺陷；并且，由于不需要将PCPU与部分VCPU进行绑定，因此能够避免未与PCPU绑定的VCPU对应的实时进程始终得不到优先处理的导致的无法保证所有VM的实时性的问题，并且，也避免了现有技术中将PCUP与部分VCPU绑定后可能处于空闲导致的资源浪费的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明进程调度方法实施例一的流程图；

图2为本发明进程调度方法实施例二的流程图；

图3为本发明进程调度系统实施例一的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例设计的计算机可以为台式机、服务器、笔记本计算机等。该计算机的硬件平台上可以运行至少一个主机操作系统和多个虚拟机，每个虚拟机上可以配置一个虚拟机调度器和一个半虚拟化驱动的应用程序接口；域间共享模块（Xenstore）为各个虚拟机与硬件平台之间的模块，主机操作系统可以通过Xenstore感知各个VM的信息。该域间共享模块可以为独立的软件模块，也可以集成在主机操作系统中。

在本发明实施例中，当VCPU的状态为实时模式时，则主机操作系统将该VCPU视为高优先级的VCPU，从而会优先处理该VCPU对应的进程，而当VCPU的状态为非实时模式时，则主机操作系统将该VCPU视为普通优先级的VCPU，对该VCPU对应的进程采用普通的顺序进行处理。

图1为本发明进程调度方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程。

通常，虚拟机上的VM调度器能够捕获进程调度，具体地，VM调度器捕获可以在VCPU发生进程切换时，判断即将处理的进程的调度优先级，若该进程的调度优先级为高，则可以判断该进程为实时进程。

当虚拟机判断出该虚拟机上不存在实时进程时，则可以不进行任何操作，各个进程将按正常的顺序处理。

步骤102、当所述虚拟机确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，以使所述Xenstore将所述实时进程对应的VCPU调整为实时模式。

其中，域间共享模块Xenstore为虚拟化技术（Xen）提供的一个域间共享模块系统，它以字符串形式存放了管理程序和前端、后端驱动程序的配置信息，存放了例如主机（host）和VM的块设备、网卡、中央处理器（CPU）、内存等硬件的配置信息。

当步骤102中的优先级调整指令到达Xenstore之后，Xenstore可以调用优先级修改函数对VCPU进行调整，并将该VCPU调整为实时模式的消息通知host。

具体实现时，半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API向域间共享模块Xenstore发送的优先级调整指令可以为：NICE_change（VCPU_Number），该优先级调整指令中的参数VCPU_Number为VCPU号，即VCPU的标识。

所述Xenstore将所述实时进程对应的VCPU调整为实时模式，具体可以通过优先级调整函数将该VCPU标记为实时模式，或者，将该VCPU的优先级标记为高。

步骤103、主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

即，主机操作系统发生下一次进程切换时，优先切换至实时模式的VCPU所对应的进程。

当存在多个实时模式的VCPU时，即多个VM上存在实时进程时，主机操作系统可以将多个实时进程依次分配个多个PCPU进行处理，若实时进程的个数大于PCPU的个数时，则可以对这些实时进程按触发时间或其他规则进行排序后依次分配给各个PCPU处理。

本实施例，在VM确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PVDriver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，使得所述Xenstore将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式，实现主机操作系统能够感知到所述VCPU为实时模式，从而优先处理所述VCPU对应的进程，能够保证主机操作系统对VM中需要优先处理的实时进程的及时感知，从而及时调整各个真实的PCPU对进程的处理顺序，因此，能够解决现有技术中VM的实时进程需要优先处理的信息无法传递到主机操作系统的技术缺陷；并且，由于不需要将PCPU与部分VCPU进行绑定，因此能够避免未与PCPU绑定的VCPU对应的实时进程始终得不到优先处理的导致的无法保证所有VM的实时性的问题，并且，也避免了现有技术中将PCUP与部分VCPU绑定后可能处于空闲导致的资源浪费的问题。

下面通过本实施例的进程调度方法的一种具体使用场景，来说明本实施例的方法的效果。

例如，硬件平台上除了主机操作系统之外，有三台虚拟机正在运行，三台虚拟机上都安装有通信软件并在运行，除此之外，三台虚拟机上还各自运行一些普通进程，这时有一外部终端对其中一台虚拟机发起视频会话邀请，该虚拟机接受邀请后则进行视频会话进程，而若要求视频流畅、会话质量高则该视频会话进程需要为实时进程。

这时，该虚拟机可以判断出存在实时进程，该虚拟机即优先调度处理视频会话进程的VCPU，同时通过PV Driver API发送优先级调整指令给Xenstore，Xenstore调用优先级修改函数将该VCPU调整为实时模式，例如将该VCPU的优先级标记为高，之后可以通过VM管理层的控制程序，例如Xen Hypervisor，调度空闲PCPU优先执行该VCPU上的进程，如果没有空闲PCPU，则可以通过对某个PCPU进行抢占，以保证对视频会话进程的处理，以保证视频会话流畅。

图2为本发明进程调度方法实施例二的流程图，本实施例的方法在图1所示方法实施例的基础上，增加了如何使Xenstore的优先级调整功能生效的步骤，以及进一步增加了根据用户输入的指令来调整VCPU的实时性状态的方法步骤，如图2所示，本实施例的方法可以包括：

步骤201、进程优先级调整模块通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

具体地，进程优先级调整模块可以通过virsh命令注册优先级修改函数到Xenstore。

步骤202、进程优先级调整模块接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识。

具体地，所述VCPU状态调整指令可以为命令行的形式。

VCPU状态调整指令可以为：将该VCPU调整为实时模式。在具体实现时，在将VCPU调整为实时模式之后，可以始终保持实时模式的状态，即该VCPU对应的进程能够始终得到PCPU的优先处理；或者，还可以进一步包括将VCPU由实时模式调整为非实时模式的指令，这样就可以实现由用户控制VCPU是否为实时模式的功能。

可选地，由于不一定所有的VCPU都允许用户通过手动输入命令行的方式修改实时性的状态，因此主机操作系统中可以维护一个授权表，例如表1所示的授权表，当授权表中的VCPU的授权值为1时，表示该VCPU允许用户将其调整为实时模式，或者将其调整为非实时模式，当授权表中的VCPU的授权值为0时，表示该VCPU不允许用户将其调整为实时模式或非实时模式。表1中，第一列为各个VM的标识，第一行为各个VCPU的标识，其他的单元格中的数值为对应的VCPU的授权值，例如，第二行第三列的数值1代表VM的标识为VM1上的VCPU的标识为VCPU2的VCPU的授权值为1，即该VCPU的实时性状态允许用户调整。

授权值	VCPU0	VCPU1	VCPU2	……
					VM0	1	0	1
VM1	0	1	1
					VM2	0	0	0
……

表1VCPU实时性状态调整授权表

因此，在接收用户输入的VCPU状态调整指令还可以包括可选的步骤203：

步骤203、根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态，确定所述VCPU的实时性状态是否允许用户调整。

当步骤查询结果为该VCPU的实时性状态允许用户调整时，执行步骤204；当步骤查询结果为该VCPU的实时性状态不允许用户调整时，则不进行任何操作。

需要说明的是，上述的“不允许用户调整”是指VCPU不允许用户通过指令的方式

步骤204、主机操作系统根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

上述的步骤202～204为本实施例中的根据用户输入的指令来调整VCPU的实时性状态的步骤，而后续的步骤205～207为与图1所示实施例类似的根据VM对实时进程的判断来调整VCPU的实时性状态的步骤，该两部分可以并行地执行，互相之间没有相互顺序，这两种调整VCPU的实时性状态的步骤对于主机操作系统对VCPU的实时性状态的感知的效果是相同的，即以任意一种方式将VCPU调整为实时模式之后，主机操作系统都能够感知。

步骤205、虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程。

步骤206、当所述虚拟机确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令。

步骤207、所述Xenstore将所述实时进程对应的VCPU调整为实时模式。

具体地，所述Xenstore通过步骤201中生效的优先级调整功能将该VCPU调整为实时模式，即通过优先级调整函数将该VCPU的优先级标记为高。

步骤208、主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

本实施例，通过进程优先级调整模块通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效；通过接收用户输入的VCPU状态调整指令，并根据授权表判断该VCPU的实时性状态是否允许用户调整，若允许则调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式，实现使用户手动调整VCPU的实时性状态的功能，并通过授权表保证VM的安全性。

图3为本发明进程调度系统实施例一的结构示意图，如图3所示，本实施例的进程调度系统300可以包括：虚拟机调度器1、半虚拟化驱动的应用程序接口（PV Driver API）2、域间共享模块（Xenstore）3和主机操作系统（HostOS）4，其中，

虚拟机调度器1，可以用于判断所述虚拟机调度器对应的虚拟机上是否存在实时进程；

半虚拟化驱动的应用程序接口2，可以用于当所述虚拟机调度器确定出所述虚拟机存在实时进程时，向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令；

域间共享模块3，可以用于根据所述优先级调整指令将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；

主机操作系统4，可以用于通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

其中，虚拟机调度器1和半虚拟化驱动的应用程序接口2分别设置在各个虚拟机上，通常每个虚拟机中均配置一个虚拟机调度器1和一个半虚拟化驱动的应用程序接口2，虚拟机的个数可以为一个或多个；域间共享模块3为各个虚拟机与硬件平台之间的模块，该域间共享模块3可以为独立的软件模块，也可以集成在主机操作系统4中，域间共享模块3和主机操作系统4的个数可以分别为1个。

本实施例的进程调度系统，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例的进程调度系统，虚拟机调度器在确定出所述虚拟机上存在实时进程时，可以通过PV Driver API向Xenstore发送优先级调整指令，使得所述Xenstore将所述实时进程对应的VCPU调整为实时模式，使得主机操作系统能够感知到所述VCPU为实时模式，从而优先处理所述VCPU对应的进程，能够保证主机操作系统对VM中需要优先处理的实时进程的及时感知，从而及时调整各个真实的PCPU对进程的处理顺序，因此，能够解决现有技术中VM的实时进程需要优先处理的信息无法传递到主机操作系统的技术缺陷；并且，由于不需要将PCPU与部分VCPU进行绑定，因此能够避免未与PCPU绑定的VCPU对应的实时进程始终得不到优先处理的导致的无法保证所有VM的实时性的问题，并且，也避免了现有技术中将PCUP与部分VCPU绑定后可能处于空闲导致的资源浪费的问题。

进一步地，所述主机操作系统4还可以包括：进程优先级调整模块41，该进程优先级调整模块41可以用于通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

进一步地，所述主机操作系统4还可以用于：

接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识；

根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

进一步地，所述主机操作系统4具体可以用于：

根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的VM的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态；

当所述VCPU的授权状态为允许修改时，根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

本实施例的进程调度系统，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种进程调度方法，其特征在于，包括：

虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程；

当所述虚拟机确定出存在实时进程时，通过半虚拟化驱动的应用程序接口PV DriverAPI向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令，以使所述Xenstore将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；

主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述虚拟机判断所述虚拟机上是否存在实时进程之前，还包括：

进程优先级调整模块通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述主机操作系统通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式之前，还包括：

接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的虚拟机的标识和所述VCPU的标识；

根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式之前，还包括：

根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的虚拟机的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态；

所述根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式，包括：

当所述VCPU的授权状态为允许修改时，根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

5.一种进程调度系统，其特征在于，包括：

虚拟机调度器，用于判断所述虚拟机调度器对应的虚拟机上是否存在实时进程；

半虚拟化驱动的应用程序接口PV Driver API，用于当所述虚拟机调度器确定出所述虚拟机存在实时进程时，向域间共享模块Xenstore发送优先级调整指令；

域间共享模块Xenstore，用于根据所述优先级调整指令将所述实时进程对应的虚拟中央处理器VCPU调整为实时模式；

主机操作系统，用于通过所述Xenstore感知所述VCPU为实时模式，并优先处理所述VCPU对应的进程。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

进程优先级调整模块，用于通过虚拟脚本virsh命令使Xenstore的优先级调整功能生效。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述主机操作系统还用于：

接收用户输入的VCPU状态调整指令，所述VCPU状态调整指令包括所述VCPU所在的虚拟机的标识和所述VCPU的标识；

根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主机操作系统具体用于：

根据所述VCPU状态调整指令包括的所述VCPU所在的虚拟机的标识和所述VCPU的标识，在授权表中查询所述VCPU的授权状态；

当所述VCPU的授权状态为允许修改时，根据所述VCPU状态调整指令，调用接口函数使所述Xenstore将所述VCPU调整为实时模式。