CN105183563B - 一种面向关键任务计算机的cpu资源动态自配置方法 - Google Patents
一种面向关键任务计算机的cpu资源动态自配置方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于虚拟计算资源分配领域，具体涉及一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法。本发明包括：重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；判断虚拟机CPU利用率是否大于等于Ufu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；判断CPU利用率是否大于等于Usu，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)。本发明采用的CPU资源动态变速分配方法，能够根据虚拟机的负载变化情况，动态地为虚拟机分配CPU资源，解决了在CPU利用率波动较大时的动态分配不及时问题，更有效地提高系统性能。
Description
技术领域
本发明属于虚拟计算资源分配领域，具体涉及一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，以及虚拟化技术的应用，计算资源已变成一种动态可再分配资源，关键任务计算机可以虚拟出多台独立的主机执行不同的任务，以提高系统的容错能力。关键任务计算机一般配置多个CPU，如何利用虚拟化技术，在最大化利用CPU资源以及平衡每个CPU的负载程度的基础上，提升计算机性能和可用性。因此，本文提出一种CPU资源自配置方法，实现CPU的动态自配置，在提高系统性能的同时也提高了系统的可用性。
随着计算机计算能力的不断提升，计算资源逐渐成为一种可分配资源，合理的分配方法对提升系统系能和可用性都十分重要。专利“一种虚拟服务器Virtual CPU资源监测及动态分配方法”(CN103729254A)，提出了一种虚拟机CPU资源的监测方法及动态分配方法，主要提高了CPU资源的利用率，减少服务器购买成本，与本发明采用的方法和要达到的目的都不相同。专利“一种虚拟机CPU资源监控和动态分配方法”(CN103336722A)，提出了一种虚拟机CPU资源的监控和动态分配方法，调整虚拟机的资源权重分配量实现动态分配，提高虚拟机的CPU资源的利用率，与本发明采用的方法和要达到的目的都不相同。
综上所述，目前的CPU资源的分配方法还存在以下问题：
(1)现有的CPU动态分配方法大多是在CPU到达一定的利用率以后才进行动态分配，这种单一的分配方法容易造成CPU资源分配不及时，在虚拟机CPU利用率波动较大时，会影响虚拟机的性能和可用性；
(2)关键任务计算机在运行过程中，由于每个虚拟机的任务可能不一样，使得每个虚拟机对应的CPU工作负载相差很大，会出现部分CPU长时间持续工作的情况，可能会导致部分CPU故障，影响系统的可用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现虚拟机的CPU资源动态平衡的面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；
(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；
(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于Ufu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；
(4)判断CPU利用率是否大于等于Usu，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；
(5)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的增长率Ri，进入步骤(6)；
(6)判断增长率Ri的值是否大于等于Rincrease，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；
(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；
(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；
(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；
(10)判断CPU利用率是否小于等于Usd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；
(11)判断CPU利用率是否小于等于Ufd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；
(12)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的减少率Rd，进入步骤(13)；
(13)判断减少率Rd的值是否大于等于Rdecrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(15)；
(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；
(15)判断轮转时间T是否大于等于Tround，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；
(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期；
其中，Ufu、Ufd为立即触发动态分配的上下限阈值，Usu、Usd为条件触发动态分配的上下限阈值，Td为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，Rincrease和Rdecrease分别为CPU利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率Ri的计算公式为：
CPU利用率的减少率Rd的计算公式为：
步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：
(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；
(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤(16.5)；
(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；
(16.4)找出所有关联两个及以上静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；
(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。
本发明的有益效果体现在：
(1)本发明采用的CPU资源动态变速分配方法，能够根据虚拟机的负载变化情况，动态地为虚拟机分配CPU资源，解决了在CPU利用率波动较大时的动态分配不及时问题，更有效地提高系统性能。
(2)本发明采用的轮转分配机制，能够每隔一段时间互换静态CPU组和动态CPU组的CPU资源，平衡每个CPU的工作时间，避免因部分CPU长时间连续工作导致的系统故障，从而提高系统可用性。
附图说明
图1一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程图。
图2一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法中轮转分配机制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明的特点是根据虚拟机的不同负载情况，动态分配CPU资源，提高系统性能，并且采用轮转分配机制，平衡每个CPU的工作时间，以此减少CPU损耗，提高系统可用性。
本发明是一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，对于一个2n(n>0)核CPU的关键任务计算机，CPU的编号分别设置为CPU0～CPU2n-1，假设在关键任务计算机上运行n台虚拟机，初始将CPU0～CPUn-1设置为静态CPU组，分别分配给虚拟机vm0～vmn-1，CPUn～CPU2n-1则作为动态CPU组，根据虚拟机的负载情况，进行动态变速分配。为每个虚拟机设置一个监测代理，负责采集虚拟机的CPU利用率；并且为宿主机设置一个管理系统，负责针对每个虚拟机的CPU利用率进行CPU资源自配置。
本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程如下：
(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；
(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；
(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于Ufu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；
(4)判断CPU利用率是否大于等于Usu，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；
(5)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的增长率Ri，进入步骤(6)；
(6)判断增长率Ri的值是否大于Rincrease，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；
(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；
(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；
(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；
(10)判断CPU利用率是否小于等于Usd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；
(11)判断CPU利用率是否小于等于Ufd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；
(12)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的减少率Rd，进入步骤(13)；
(13)判断减少率Rd的值是否小于等于Rdecrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(15)；
(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；
(15)判断轮转时间T是否大于等于Tround，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；
(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期。
其中，Ufu、Ufd为立即触发动态分配的上下限阈值，Usu、Usd为条件触发动态分配的上下限阈值，Td为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，Rincrease和Rdecrease分别为CPU利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率Ri的计算公式为：
CPU利用率的减少率Rd的计算公式为：
步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：
(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；
(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤(16.3)；
(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；
(16.4)找出所有关联两个以上(包括两个)静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；
(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。
本发明提出一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，把CPU资源分为静态CPU组和动态CPU组，静态CPU组为每个虚拟机提供基础的CPU计算资源，不能动态分配，而动态CPU组能够根据虚拟机的不同负载情况，进行动态分配。本发明一方面，采用动态变速分配对CPU资源进行动态分配，使得每个虚拟机更好地达到负载均衡，解决了CPU利用率波动较大时动态分配不及时的问题；另一方面，采用轮转分配机制，每隔一段时间Tround(Tround>0)，互换静态CPU组和动态CPU组，尽可能平衡每个CPU的工作时间，避免少数CPU因为长时间的工作而出现故障。两种CPU分配机制相辅相成，实现关键任务计算机的CPU资源动态自配置，提高系统性能和可用性。
本发明是一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，对于一个16核CPU的关键任务计算机，CPU的编号分别设置为CPU0～CPU15，假设在关键任务计算机上运行8台虚拟机，初始将CPU0～CPU7设置为静态CPU组，分别分配给虚拟机vm1～vm8，CPU8～CPU15则作为动态CPU组，根据虚拟机的负载情况，进行按需分配。为每个虚拟机设置一个监测代理，负责采集虚拟机的CPU利用率；并且为宿主机设置一个管理系统，负责针对每个虚拟机的CPU利用率进行CPU资源自配置。
本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程如下：
(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；
(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；
(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于Ufu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；
(4)判断CPU利用率是否大于等于Usu，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；
(5)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的增长率Ri，进入步骤(6)；
(6)判断增长率Ri的值是否大于Rincrease，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；
(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；
(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；
(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；
(10)判断CPU利用率是否小于等于Usd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；
(11)判断CPU利用率是否小于等于Ufd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；
(12)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的减少率Rd，进入步骤(13)；
(13)判断减少率Rd的值是否小于等于Rdecrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(15)；
(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；
(15)判断轮转时间T是否大于等于Tround，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；
(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期。
其中，Ufu、Ufd为立即触发动态分配的上下限阈值，Usu、Usd为条件触发动态分配的上下限阈值，Td为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，Rincrease和Rdecrease分别为CPU利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率Ri的计算公式为：
CPU利用率的减少率Rd的计算公式为：
步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：
(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；
(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤(16.3)；
(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；
(16.4)找出所有关联两个以上(包括两个)静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；
(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。
下面结合具体实施例对本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法作一下详细说明。
实施例1：
如图1所示，轮转时间T＝10min，轮转时间周期Tround＝60min，并且当前的CPU利用率等于75％、Td＝5s、R＝2.5％/s、Rincrease＝2％/s，Ufu、Usu、Ufd、Usd分别为90％、70％、25％、45％，动态CPU组不为空，工作流程如下：
(1)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(2)；
(2)虚拟机CPU利用率小于90％，进入步骤(3)；
(3)虚拟机CPU利用率大于70％，进入步骤(4)；
(4)在Td时间内，虚拟机CPU利用率的增长率R＞Rincrease，进入步骤(5)；
(5)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(6)；
(6)回收一个该虚拟机的动态CPU，进入步骤(7)；
(7)判断轮转时间T＜Tround，进入步骤(1)；
实施例2：
如图1所示，轮转时间T＝61min，轮转时间周期Tround＝60min，并且当前的CPU利用率等于35％、Td＝5s、R＝1.5％/s、Rincrease＝2％/s，Ufu、Usu、Ufd、Usd分别为90％、70％、25％、45％，工作流程如下：
(1)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(2)；
(2)虚拟机CPU利用率小于90％，进入步骤(3)；
(3)虚拟机CPU利用率小于70％，进入步骤(4)；
(4)虚拟机CPU利用率小于45％，进入步骤(5)；
(5)在Td时间内，虚拟机CPU利用率的减少率R＜Rdecrease，Rdecrease为CPU利用率的减少率的阈值，进入步骤(6)；
(6)轮转时间T＞Tround，进入步骤(7)；
(7)调用轮转分配机制并执行，然后进入步骤(8)；
(8)重置轮转时间T，进入步骤(1)；
本发明的有益效果体现在：
本发明采用的CPU资源动态变速分配方法，能够根据虚拟机的负载变化情况，动态地为虚拟机分配CPU资源，解决了在CPU利用率波动较大时的动态分配不及时问题，更有效地提高系统性能。本发明采用的轮转分配机制，能够每隔一段时间互换静态CPU组和动态CPU组的CPU资源，平衡每个CPU的工作时间，避免因部分CPU长时间连续工作导致的系统故障，从而提高系统可用性。
Claims (1)
1.一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；
(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；
(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于Ufu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；
(4)判断CPU利用率是否大于等于Usu，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；
(5)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的增长率Ri，进入步骤(6)；
(6)判断增长率Ri的值是否大于等于Rincrease，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；
(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；
(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；
(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；
(10)判断CPU利用率是否小于等于Usd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；
(11)判断CPU利用率是否小于等于Ufd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；
(12)计算在Td时间内，虚拟机CPU利用率的减少率Rd，进入步骤(13)；
(13)判断减少率Rd的值是否大于等于Rdecrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(15)；
(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；
(15)判断轮转时间T是否大于等于Tround，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；
(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期；
其中，Ufu、Ufd为立即触发动态分配的上下限阈值，Usu、Usd为条件触发动态分配的上下限阈值，Td为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，Rincrease和Rdecrease分别为CPU利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率Ri的计算公式为：
CPU利用率的减少率Rd的计算公式为：
步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：
(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；
(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤(16.5)；
(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；
(16.4)找出所有关联两个及以上静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；
(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。
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