CN107479945B - 一种虚拟机资源调度方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种虚拟机资源调度方法，在虚拟机内存中植入N个作为中间件载体的虚拟控制器，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；在虚拟机中植入计算执行器和数据调度模块；虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，并按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域。

Description

一种虚拟机资源调度方法及装置
技术领域
本发明属于工业自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种虚拟机资源调度方法及装置。
背景技术
随着计算机技术的飞速发展，计算机的能耗和资源利用率引起了研发人员的关注。云计算作为计算机技术中关键的计算模式，需要将所有的计算机抽象成特定的计算资源，然后将这些计算资源提供给用户，而不是像以前传输的计算模式那样，直接为用户提供一台或多台计算机。这种计算模式最大的好处就是用户可以根据自己的需要来申请资源，避免不必要的资源的浪费，提高资源利用率。
服务器虚拟化技术是云计算中基于基础设施层的关键技术，即通过对物理服务器进行虚拟化，实现在单台物理服务器上部署多个虚拟机，来提高物理服务器的资源利用率，降低使用成本。由于服务器虚拟化技术是基于虚拟机监视器实现的，因此需要在物理服务器的硬件和各虚拟机的虚拟操作系统中加入一层抽象硬件层，所以不可避免的会带来一定的性能开销。因此，在进行计算资源调度时不仅要进行对虚拟机中客户操作系统的内核调度，还需要对虚拟机监视器进行调度。根据测试，由于上述计算资源调度造成的性能开销并不稳定，可能导致该应用的性能下降50％以上。对于一些性能要求不高的应用来说，由于服务器虚拟化技术引入的性能开销是可以接受的，对用户体验影响不大。但是对于一些对性能要求比较严苛的应用来说，上述性能开销可能会对用户体验起到验证的影响。例如，对于云控制应用，虚拟机可能要非常快速的计算和转发数据，但是由于上述性能开销不稳定，会导致瞬间的计算或转发不及时，造成数据丢包，进而导致控制效果断断续续，严重影响客户体验。
有鉴于此，本发明提出了一种虚拟机资源调度方法及装置，用以解决现有技术中由于服务器虚拟化技术引入的性能开销较大，数据处理效率不稳定，导致虚拟机处理数据时造成数据丢包，进而影响客户体验的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种虚拟机资源调度方法及装置，降低因服务器虚拟化技术引入的性能开销，保证了数据处理效率，控制性能稳定。
本发明方法是这样实现的：一种虚拟机资源调度方法，在虚拟机内存中植入N个作为中间件载体的虚拟控制器(Virtual Controller，VC)，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；在虚拟机中植入计算执行器和数据调度模块；
虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，并按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域。
本发明装置是这样实现的：一种虚拟机资源调度装置，包括：
N个虚拟控制器，植入于虚拟机内存中，作为中间件载体，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；
计算执行器，植入于虚拟机中，用于对各所述虚拟控制器的数据进行计算；
数据调度模块，植入于虚拟机中，用于将虚拟控制器中的数据调度至计算执行器，并将计算结果调度至虚拟控制器；
虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，并按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域。
进一步的，本发明所述虚拟控制器采用指定数据结构，通过内存数据读取和写值的形式对各虚拟控制节点的控制指令和数据信息进行采集、整合、共享和修改。
进一步的，本发明所述虚拟控制器在虚拟机运行时，能够自动在内存中分割出N个不同的数据内存区域与N个所述虚拟控制器一一对应，用于存储对应虚拟控制器的数据。
进一步的，本发明所述虚拟中央处理器绑定一个物理CPU，该物理CPU仅响应该虚拟中央处理器发出的调用申请；所述数据调度模块将虚拟控制器的数据调度至计算执行器中后，由计算执行器在所述虚拟中央处理器所绑定的物理CPU上执行所述虚拟控制器中数据的计算。
进一步的，本发明所述数据调度模块对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描并确认有优先级标签时，将该虚拟控制器提升至计算调度列表第一序列，其它虚拟控制器的列队顺序依次后退一位，若无优先级标签则虚拟控制器的列队保持不变；
进一步的，本发明所述计算执行器完成一个虚拟控制器数据计算后，所述数据调度模块将位于计算调度列表下一位虚拟控制器的数据调度至计算执行器中，进行下一次数据计算。
本发明具有如下优点：
1、本发明直接调用虚拟中央处理器，减少了旧有的虚拟机中客户操作系统的内核调度，降低了虚拟机的性能开销，能够最大程度上满足控制运行的一般要求，对操作系统的要求较低，能有序的完成计算任务，减少虚拟机的CPU资源占用率，降低了计算过程的能耗；
2、本发明不需要对控制指令和数据进行分解，也不需要切割数据和工作负载，资源分配方式简单，由于采用同样的载体(即虚拟控制器)进行数据的采集和写值，保证了数据处理的稳定性和效率，从而提高了客户体验。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法的物理服务器的架构图。
图2为本发明方法的执行流程图。
具体实施方式
本发明的基本原理是：(1)在虚拟机内存中植入N个中间件载体——虚拟控制器(Virtual Controller，VC)，所述虚拟控制器对各虚拟控制节点的数据进行读取和写值；(2)在虚拟机中植入计算执行器，用于对数据进行分析处理；(3)在虚拟机中植入数据调度模块，用于将中间件载体中的数据调度至计算执行器，并将计算结果写入内存。
请参阅图1所示，本发明的虚拟机资源调度装置，包括N个虚拟控制器、计算执行器以及数据调度模块：
所述N个虚拟控制器VC1、VC2…VCn，植入于虚拟机内存中，作为中间件载体，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；图1有两个虚拟机，每个虚拟机内存均植入N个虚拟控制器VC1、VC2…VCn。本发明所述虚拟控制器采用指定数据结构，通过内存数据读取和写值的形式对各虚拟控制节点的控制指令和数据信息进行采集、整合、共享和修改。在虚拟机运行时，能够自动在内存中分割出N个不同的数据内存区域与N个所述虚拟控制器一一对应，用于存储对应虚拟控制器的数据。
所述计算执行器，植入于虚拟机中，用于对各所述虚拟控制器的数据进行计算；本发明所述计算执行器在虚拟机运行时，能够直接调用虚拟中央处理器，而不需要通过对用户操作系统的内核进行调度。所述虚拟中央处理器绑定一个物理CPU，该物理CPU仅响应该虚拟中央处理器发出的调用申请。
所述数据调度模块，植入于虚拟机中，用于将虚拟控制器中的数据调度至计算执行器，并将计算结果调度至虚拟控制器；本发明所述数据调度模块将虚拟控制器的数据调度至计算执行器中后，由计算执行器在所述虚拟中央处理器所绑定的物理CPU上执行所述虚拟控制器中数据的计算。在进行数据调度时，数据调度模块将对列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，若有，则将该虚拟控制器提升至计算调度列表第一序列，其它虚拟控制器的列队顺序依次后退一位。若无优先级标签则保持不变；在所述计算执行器完成一个虚拟控制器数据计算后，数据调度模块将计算结果调度至该虚拟控制器，由该虚拟控制器将计算结果写入内存；同时所述数据调度模块将位于计算调度列表下一位虚拟控制器的数据调度至计算执行器中，进行下一次数据计算。
本发明的虚拟机资源调度方法如图2所示：
虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；
所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，若有，则将该虚拟控制器提升至计算调度列表第一序列，其它虚拟控制器的列队顺序依次后退一位，若无优先级标签则保持不变；
所述数据调度模块按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；
所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，计算执行器是在所述虚拟中央处理器所绑定的物理CPU上执行所述虚拟控制器中数据的计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域。
本发明直接调用虚拟中央处理器，减少了旧有的虚拟机中客户操作系统的内核调度，降低了虚拟机的性能开销，能够最大程度上满足控制运行的一般要求，对操作系统的要求较低，能有序的完成计算任务，减少虚拟机的CPU资源占用率，降低了计算过程的能耗；本发明不需要对控制指令和数据进行分解，也不需要切割数据和工作负载，资源分配方式简单，由于采用同样的载体(即虚拟控制器)进行数据的采集和写值，保证了数据处理的稳定性和效率，从而提高了客户体验。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种虚拟机资源调度方法，其特征在于：
在虚拟机内存中植入N个作为中间件载体的虚拟控制器，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；所述虚拟控制器采用指定数据结构，通过内存数据读取和写值的形式对各虚拟控制节点的控制指令和数据信息进行采集、整合、共享和修改，不需要对控制指令和数据进行分解，也不需要切割数据和工作负载；在虚拟机中植入计算执行器和数据调度模块；
虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，并按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域；
其中，所述数据调度模块对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描并确认有优先级标签时，将该虚拟控制器提升至计算调度列表第一序列，其它虚拟控制器的列队顺序依次后退一位，若无优先级标签则虚拟控制器的列队保持不变；所述计算执行器完成一个虚拟控制器数据计算后，所述数据调度模块将位于计算调度列表下一位虚拟控制器的数据调度至计算执行器中，进行下一次数据计算。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟机资源调度方法，其特征在于：所述虚拟控制器在虚拟机运行时，能够自动在内存中分割出N个不同的数据内存区域与N个所述虚拟控制器一一对应，用于存储对应虚拟控制器的数据。
3.根据权利要求1所述的一种虚拟机资源调度方法，其特征在于：所述虚拟中央处理器绑定一个物理CPU，该物理CPU仅响应该虚拟中央处理器发出的调用申请；所述数据调度模块将虚拟控制器的数据调度至计算执行器中后，由计算执行器在所述虚拟中央处理器所绑定的物理CPU上执行所述虚拟控制器中数据的计算。
4.一种虚拟机资源调度装置，其特征在于：包括：
N个虚拟控制器，植入于虚拟机内存中，作为中间件载体，每个虚拟控制器对应一数据内存区域，且N≥1；所述虚拟控制器采用指定数据结构，通过内存数据读取和写值的形式对各虚拟控制节点的控制指令和数据信息进行采集、整合、共享和修改，不需要对控制指令和数据进行分解，也不需要切割数据和工作负载；
计算执行器，植入于虚拟机中，用于对各所述虚拟控制器的数据进行计算；
数据调度模块，植入于虚拟机中，用于将虚拟控制器中的数据调度至计算执行器，并将计算结果调度至虚拟控制器；
虚拟机启动时，N个所述虚拟控制器读取对应虚拟控制节点的数据；所述数据调度模块添加各虚拟控制器到计算调度列表中，并对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描，确认是否有优先级标签，并按照优先级标签或顺序依次将各个虚拟控制器的数据调度至所述计算执行器中；所述计算执行器直接调用虚拟中央处理器对各所述虚拟控制器的数据进行计算，不需要通过对用户操作系统的内核进行调度，计算完成后，所述数据调度模块将计算结果调度至各虚拟控制器，由各虚拟控制器将计算结果写入对应的数据内存区域；
其中，所述数据调度模块对调度列表中的所有虚拟控制器数据进行扫描并确认有优先级标签时，将该虚拟控制器提升至计算调度列表第一序列，其它虚拟控制器的列队顺序依次后退一位，若无优先级标签则虚拟控制器的列队保持不变；所述计算执行器完成一个虚拟控制器数据计算后，所述数据调度模块将位于计算调度列表下一位虚拟控制器的数据调度至计算执行器中，进行下一次数据计算。
5.根据权利要求4所述的一种虚拟机资源调度装置，其特征在于：所述虚拟控制器在虚拟机运行时，能够自动在内存中分割出N个不同的数据内存区域与N个所述虚拟控制器一一对应，用于存储对应虚拟控制器的数据。
6.根据权利要求4所述的一种虚拟机资源调度装置，其特征在于：所述虚拟中央处理器绑定一个物理CPU，该物理CPU仅响应该虚拟中央处理器发出的调用申请；所述数据调度模块将虚拟控制器的数据调度至计算执行器中后，由计算执行器在所述虚拟中央处理器所绑定的物理CPU上执行所述虚拟控制器中数据的计算。
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