JP2013214146A - Virtual computer system, hypervisor, and virtual computer system management method - Google Patents

Virtual computer system, hypervisor, and virtual computer system management method Download PDF

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太朗 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual computer system enabling efficient utilization of a CPU resource of a virtual computer system in a fully virtualized environment, and provide a management method of the virtual computer system.SOLUTION: A virtual computer system includes a virtual machine, a guest OS which operates in the virtual machine, and a hypervisor which calculates an active ratio of a CPU assigned to the virtual machine on the basis of an HLT instruction from the guest OS and determines a time length in which the CPU is assigned to the virtual machine, on the basis of the calculated active ratio of the CPU.

Description

本発明の実施形態は、仮想計算機システム、ハイパーバイザ及び仮想計算機システムの
管理方法に関する Embodiments described herein relate generally to a virtual machine system, a hypervisor, and a management method for a virtual machine system.

仮想化環境において、Ｎ台（Ｎは任意の整数）の仮想計算機（以下、仮想マシンといい
、ＶＭと記載する）が、Ｍ基（Ｍは任意の整数）のＣＰＵを共有する仮想計算機システム
がある。仮想計算機システムはハイパーバイザを備え、このハイパーバイザは、ある時刻
において、あるＶＭがどのＣＰＵをどれだけの時間使用するのかを決定する。すなわちハ
イパーバイザは各ＶＭ間でのＣＰＵのタイムシェアリングを行なう。 In a virtual environment, a virtual computer system in which N virtual machines (N is an arbitrary integer) (hereinafter referred to as a virtual machine, referred to as VM) share M CPUs (M is an arbitrary integer). is there. The virtual machine system includes a hypervisor, and this hypervisor determines which CPU a certain VM uses for how long at a certain time. That is, the hypervisor performs CPU time sharing between the VMs.

このとき、各ＶＭは独立しており、ある時刻において必要とするＣＰＵリソースは異な
る。仮想計算機システムにはＶＭ−ＡとＶＭ−Ｂが備えられるとし、仮想計算機システム
の運用期間中における所定の期間に注目すると、ＶＭ−Ａが割り当てられたＣＰＵ時間を
全て使い切る一方で、ＶＭ−Ｂは割り当てられたＣＰＵ時間を残すという場合がある。こ
の場合、ＶＭ−Ｂに割り当てたＣＰＵ時間減らす、もしくはＶＭ−Ｂに割り当てたＣＰＵ
時間減らしＶＭ−Ａに再割り当てすれば、ＣＰＵのリソースの利用効率が高くなる。 At this time, each VM is independent, and CPU resources required at a certain time are different. It is assumed that the virtual machine system is provided with VM-A and VM-B, and paying attention to a predetermined period during the operation period of the virtual machine system, the CPU time allocated to the VM-A is completely used, while the VM-B May leave the allocated CPU time. In this case, CPU time allocated to VM-B is reduced or CPU allocated to VM-B
If the time is reduced and reassigned to VM-A, the CPU resource utilization efficiency is increased.

仮想化環境には準仮想化と完全仮想化がある。準仮想化環境における仮想計算機システ
ムであれば、ＶＭは、ハイパーバイザを認識しているため、例えばＣＰＵ使用率が低い場
合に、あまったＣＰＵリソースをハイパーバイザに返却することが可能である。したがっ
て、準仮想化環境の仮想計算機システムであれば、ＶＭ−ＢがＣＰＵ時間を残したとき、
ＶＭ−Ｂ自らがハイパーバイザにＣＰＵ時間の返却をすることができる。これにより返却
されたＣＰＵ時間を、ハイパーバイザがＶＭ−Ａに割り当てることで、ＶＭ−ＡのＣＰＵ
時間を延ばすことができる。 Virtual environments include paravirtualization and full virtualization. In the case of a virtual computer system in a para-virtualized environment, since the VM recognizes the hypervisor, for example, when the CPU usage rate is low, it is possible to return additional CPU resources to the hypervisor. Therefore, in the case of a virtual computer system in a para-virtualized environment, when VM-B leaves CPU time,
The VM-B itself can return the CPU time to the hypervisor. The CPU time of the VM-A is assigned by the hypervisor to the VM-A.
You can extend the time.

しかしながら、準仮想化環境における仮想計算機システムは、ＶＭがハイパーバイザを
認識するために、ＶＭ上で動作するオペレーティングシステム（以下、ＯＳ）の修正を行
なう必要がある。すなわち、ＯＳの修正なしにシステムを構築できない。 However, the virtual computer system in the para-virtualized environment needs to modify an operating system (hereinafter referred to as OS) operating on the VM in order for the VM to recognize the hypervisor. That is, the system cannot be constructed without correcting the OS.

一方、完全仮想化環境における仮想計算機システムは、ＯＳを修正せずに動作する。こ
の完全仮想化環境の仮想計算機システムは、ハイパーバイザを認識していないため、ＣＰ
Ｕ時間を残したＶＭ−Ｂは、ハイパーバイザにＣＰＵ時間の返却をすることができない。
したがって、完全仮想化環境の仮想計算機システムにおいては、ハイパーバイザはＶＭの
ＣＰＵ使用率を把握できず、効率的なＣＰＵリソースの利用ができないという問題がある
。 On the other hand, a virtual computer system in a fully virtualized environment operates without modifying the OS. This fully virtualized virtual machine system does not recognize the hypervisor, so
The VM-B that has left U time cannot return the CPU time to the hypervisor.
Therefore, in the virtual computer system in a fully virtualized environment, there is a problem that the hypervisor cannot grasp the CPU usage rate of the VM and cannot efficiently use CPU resources.

特開２０１１−１４１７１６号公報JP 2011-141716 A

本発明が解決しようとする課題は、完全仮想化環境における仮想計算機システムのＣＰ
Ｕリソースを効率的に利用することを可能とする仮想計算機システム及び同システムの管
理方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that the CP of a virtual machine system in a fully virtualized environment
It is to provide a virtual machine system and a management method for the system that can efficiently use U resources.

実施形態の仮想計算機システムは、仮想マシンと、仮想マシン上で動作するゲストＯＳ
と、ゲストＯＳからのＨＬＴ命令に基づいて仮想マシンに割り当てられたＣＰＵの使用率
を算出し、算出されたＣＰＵの使用率に基づいて仮想マシンにＣＰＵを割り当てる時間長
を決定するハイパーバイザとを備える。 A virtual machine system according to an embodiment includes a virtual machine and a guest OS that operates on the virtual machine
And a hypervisor that calculates the usage rate of the CPU assigned to the virtual machine based on the HLT command from the guest OS and determines the time length for assigning the CPU to the virtual machine based on the calculated CPU usage rate. Prepare.

実施形態の仮想計算機システムに係る基本構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a basic configuration according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るハイパーバイザの機能構成の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a hypervisor according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るＨＬＴ命令実行管理処理の一例を示すフローチャート。6 is an exemplary flowchart illustrating an example of an HLT instruction execution management process according to the virtual machine system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係る仮想マシンＨＬＴ命令実行管理テーブルの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a virtual machine HLT instruction execution management table according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るタイムシェア長管理処理の一例を示すフローチャート。6 is an exemplary flowchart illustrating an example of time share length management processing according to the virtual machine system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るタイムシェア長管理テーブルの一例を示す図。The figure which shows an example of the time share length management table which concerns on the virtual machine system of embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係る合計ＨＬＴ長算出処理の一例を示すフローチャート。6 is a flowchart illustrating an example of a total HLT length calculation process according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係る仮想マシン統計管理テーブルの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a virtual machine statistics management table according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るＣＰＵ使用率計算処理の一例を示すフローチャート。6 is an exemplary flowchart illustrating an example of a CPU usage rate calculation process according to the virtual machine system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るＣＰＵ使用率テーブルの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a CPU usage rate table according to the virtual machine system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係る補正比率の計算式の一例を示す図。The figure which shows an example of the calculation formula of the correction ratio which concerns on the virtual computer system of embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るＣＰＵ割り当て時間管理テーブルの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a CPU allocation time management table according to the virtual computer system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係るＣＰＵ割り当て処理の一例を示すフローチャート。6 is an exemplary flowchart illustrating an example of a CPU allocation process according to the virtual machine system of the embodiment. 実施形態の仮想計算機システムに係る補正タイムシェア長の一例を示す図。The figure which shows an example of the correction | amendment time share length which concerns on the virtual computer system of embodiment. 実施形態の仮想計算機システム基本構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the virtual computer system basic composition of embodiment.

以下、実施形態の仮想計算機システムについて図面を参照して説明する。   Hereinafter, a virtual machine system according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１乃至図１４を参照して本実施形態の仮想計算機システムについて説明する。 (First embodiment)
The virtual machine system of this embodiment will be described with reference to FIGS.

図１は本実施形態の仮想計算機システムの基本構成の一例である。図１に示すように仮
想計算機システム１０は、物理サーバ２０と、ハイパーバイザ（以下、ＨＶという）３０
と、仮想マシン（以下、ＶＭという）４０とを備え、例えばパーソナルコンピュータ（以
下、ＰＣという）である。 FIG. 1 shows an example of the basic configuration of the virtual machine system of this embodiment. As shown in FIG. 1, the virtual computer system 10 includes a physical server 20 and a hypervisor (hereinafter referred to as HV) 30.
And a virtual machine (hereinafter referred to as VM) 40, for example, a personal computer (hereinafter referred to as PC).

仮想計算機システム１０は、３層構造で構成され、最下位層の物理サーバ２０上に中位
層のＨＶ３０と最上位層のＶＭ４０が仮想環境を構築して動作する。このときの仮想環境
は、完全仮想化環境であるとする。 The virtual computer system 10 is configured with a three-layer structure, and the HV 30 in the middle layer and the VM 40 in the highest layer operate on the physical server 20 in the lowest layer by constructing a virtual environment. The virtual environment at this time is assumed to be a fully virtualized environment.

下位層の物理サーバ２０は、物理ＣＰＵ２１を含むさまざまなハードウェアによって構
成される。物理ＣＰＵ２１は、後述する上位層のＶＭ４０上のゲストオペレーティングシ
ステム（以下、ゲストＯＳという）４１の処理を実際に実行する。ただし、本実施形態の
仮想計算機システム１０は、完全仮想化環境であるため、上位層のＶＭ４０は、下位層の
物理サーバ２０を認識していない。 The lower-layer physical server 20 is configured by various hardware including a physical CPU 21. The physical CPU 21 actually executes a process of a guest operating system (hereinafter referred to as a guest OS) 41 on the VM 40 of an upper layer described later. However, since the virtual computer system 10 of this embodiment is a completely virtualized environment, the upper layer VM 40 does not recognize the lower layer physical server 20.

中位層のＨＶ３０は、下位層のハードウェアと後述する上位層の各ＶＭ４０とを制御す
る。すなわち、ＨＶ３０は、上位層の各ＶＭ４０上で動作するゲストＯＳ４１に対して物
理的なハードウェアを隠蔽し、仮想ハードウェアを提供する。 The middle layer HV 30 controls lower layer hardware and each upper layer VM 40 described later. That is, the HV 30 conceals physical hardware from the guest OS 41 operating on each VM 40 in the upper layer and provides virtual hardware.

また、ＨＶ３０は、各ＶＭ４０の状態をコンテキストとして管理するスケジューリング
機能を備える。ＨＶ３０を利用する利点としては、単一システム上で複数のゲストＯＳを
並列に動作させることができるので、ａ）各ゲストＯＳの長所を併せ持つシステムを構築
できること、ｂ）物理的なハードウェアの違いを隠蔽できること、ｃ）各ゲストＯＳの動
作エラーがシステム全体に影響しないこと、等々が挙げられる。 Further, the HV 30 has a scheduling function for managing the state of each VM 40 as a context. Advantages of using the HV30 are that a plurality of guest OSes can be operated in parallel on a single system, so that a) a system having the advantages of each guest OS can be constructed, and b) differences in physical hardware. C) that the operation error of each guest OS does not affect the entire system, and so on.

上位層には、１つ以上のＶＭ４０が存在し、ＶＭ４０毎にゲストＯＳ４１が動作する。本
実施形態では２つのＶＭ４０（ＶＭ１とＶＭ２）がある。 One or more VMs 40 exist in the upper layer, and the guest OS 41 operates for each VM 40. In this embodiment, there are two VMs 40 (VM1 and VM2).

各ＶＭ４０は、１基以上の仮想ＣＰＵ（以下、ＶＣという）４２を有する。図１に示すよ
うに、ＶＭ１はＶＣ１を、ＶＭ２はＶＣ２をそれぞれ有する。各ＶＣ４２が、ＨＶ３０に
よって物理ＣＰＵ２１にディスパッチされることにより、各ＶＭ４０内のゲストＯＳ４１
は動作することができる。 Each VM 40 has one or more virtual CPUs (hereinafter referred to as VC) 42. As shown in FIG. 1, VM1 has VC1 and VM2 has VC2. Each VC 42 is dispatched to the physical CPU 21 by the HV 30, so that the guest OS 41 in each VM 40.
Can work.

本実施形態の２台のＶＣ４２は、ＨＶ３０が作成する仮想的なＣＰＵである。本実施形態
においては、ＶＭ１はＶＣ１を、また、ＶＭ２はＶＣ２を、本物のＣＰＵと認識して使用
するが、実際には使用されるのは物理サーバ２０上の物理ＣＰＵ２１である。 The two VCs 42 in the present embodiment are virtual CPUs created by the HV 30. In this embodiment, VM1 recognizes and uses VC1 and VM2 recognizes and uses VC2 as a real CPU, but in reality, the physical CPU 21 on the physical server 20 is used.

この物理ＣＰＵ２１は、仮想化支援機能を提供するＣＰＵである必要がある。仮想化支援
機能を提供するＣＰＵは、ホルト（ＨＡＬＴ）命令（以下ＨＬＴ命令という）等の特定の
命令を受け取ると、例えばＶＭＸ ｒｏｏｔモードと呼ばれる状態に遷移し、ハイパーバ
イザにコンテキストを切り替え、ハイパーバイザ上で処理を実行後、ＶＭＸ ｒｏｏｔモ
ードを解除し、元のコンテキストに戻る。このハイパーバイザへのコンテキスト切り替え
機能を持ったＣＰＵであれば、ＣＰＵの種類は問わない。 The physical CPU 21 needs to be a CPU that provides a virtualization support function. When a CPU that provides a virtualization support function receives a specific instruction such as a halt instruction (hereinafter referred to as an HLT instruction), the CPU transitions to a state called, for example, VMX root mode, switches the context to the hypervisor, and After executing the above processing, the VMX root mode is canceled and the original context is restored. Any CPU may be used as long as it has a function of switching the context to the hypervisor.

なお、ＨＬＴ命令とは、物理ＣＰＵを実行状態から停止状態へと変更させる命令であり、
ゲストＯＳ４１から発行され、ＶＭ４０が実行する。 The HLT instruction is an instruction for changing the physical CPU from the execution state to the stop state,
Issued by the guest OS 41 and executed by the VM 40.

ここで、図２を参照してＨＶ３０について詳しく説明する。図２は、ＨＶ３０の機能構
成の一例を示す図である。 Here, the HV 30 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the HV 30. As illustrated in FIG.

図２に示すようにＨＶ３０は、仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部３１、スケジューリン
グ部３２、タイムシェア長管理部３３、仮想マシン統計部３４、ＣＰＵ使用率計算部３５
、ＣＰＵ割り当て時間計算部３６、及び記憶装置３００を備える。 As shown in FIG. 2, the HV 30 includes a virtual machine HLT instruction execution management unit 31, a scheduling unit 32, a time share length management unit 33, a virtual machine statistics unit 34, and a CPU usage rate calculation unit 35.
The CPU allocation time calculation unit 36 and the storage device 300 are provided.

仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部３１は、ＶＭ４０が実行したＨＬＴ命令を管理するＨＬ
Ｔ命令実行管理処理を行う。図３を参照して、仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部３１が実
行するＨＬＴ命令実行管理処理について説明する。 The virtual machine HLT instruction execution management unit 31 manages the HLT instruction executed by the VM 40.
Performs T instruction execution management processing. The HLT instruction execution management process executed by the virtual machine HLT instruction execution management unit 31 will be described with reference to FIG.

仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部３１は、ＶＭ４０がＨＬＴ命令を実行すると（ステップ
Ｓ３１１）、ＨＬＴ命令を実行したＶＭ名と、ＨＬＴ命令の実行時刻とを対応付けて、記
憶装置３００の仮想マシンＨＬＴ命令実行管理テーブル３０１に記録する（ステップＳ３
１２）。図４に、仮想マシンＨＬＴ命令実行管理テーブル３０１の一例を示す。 When the VM 40 executes the HLT instruction (step S311), the virtual machine HLT instruction execution management unit 31 associates the VM name that executed the HLT instruction with the execution time of the HLT instruction, and associates the virtual machine HLT instruction in the storage device 300 with the virtual machine HLT instruction. It records in the execution management table 301 (step S3
12). FIG. 4 shows an example of the virtual machine HLT instruction execution management table 301.

仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部３１は、ＶＭ４０がＨＬＴ命令を実行するタイミング
で上述のＨＬＴ命令実行管理処理を開始する。ＨＬＴ命令が実行されるタイミングの一例
は、ＶＭ４０上で動作するゲストＯＳ４１において、実行状態および実行可能状態のプロ
セスが存在せず、待ち状態のプロセスのみになり、ＶＣ４２をｉｄｌｅ状態にする場合な
どがある。なお、待ち状態のプロセスには、Ｉ／Ｏの完了待ちを含む。 The virtual machine HLT instruction execution management unit 31 starts the above-described HLT instruction execution management process at the timing when the VM 40 executes the HLT instruction. As an example of the timing at which the HLT instruction is executed, there is no process in the execution state and executable state in the guest OS 41 operating on the VM 40, and only the waiting state process is set, and the VC 42 is set in the idle state. is there. The waiting process includes waiting for I / O completion.

スケジューリング部３２は、物理ＣＰＵ２１毎に存在し、管理対象の物理ＣＰＵ２１への
割り当て待ちである全てのＶＣ４２から物理ＣＰＵ２１に割り当てるＶＣ４２を１つ選択
する。スケジューリング部３２は、記憶装置３００に記憶されたＣＰＵ割り当て時間管理
テーブル３０５を参照して、選択した物理ＣＰＵ２１にＶＣ４２を割り当てるＣＰＵ割り
当て処理を行う。初期状態では、物理ＣＰＵ２１にＶＣ４２を割り当てるタイムシェア長
はあらかじめ一定の時間長に設定されているとする。ＣＰＵ割り当て時間管理テーブル３
０５及びＣＰＵ割り当て処理については後述する。 The scheduling unit 32 selects one VC 42 to be allocated to the physical CPU 21 from all the VCs 42 that exist for each physical CPU 21 and are waiting for allocation to the physical CPU 21 to be managed. The scheduling unit 32 refers to the CPU allocation time management table 305 stored in the storage device 300 and performs CPU allocation processing for allocating the VC 42 to the selected physical CPU 21. In the initial state, it is assumed that the time share length for assigning the VC 42 to the physical CPU 21 is set in advance to a certain time length. CPU allocation time management table 3
05 and the CPU allocation process will be described later.

選択されたＶＣ４２を使用するＶＭ４０は、物理ＣＰＵ２１に対するＶＣ４２の割り当て
が解除されるまで動作する。なお、管理対象の物理ＣＰＵ２１への割り当て待ちである全
てのＶＣ４２の選択は、例えばＨＶ３０においてあらかじめ設定されたタイミングで行わ
れる。あらかじめ設定されたタイミングは、例えば物理ＣＰＵ２１に割り当てられていた
ＶＣ４２が、ＣＰＵの割り当て許可時間を使い切った場合などである。 The VM 40 that uses the selected VC 42 operates until the allocation of the VC 42 to the physical CPU 21 is released. Note that selection of all the VCs 42 waiting to be assigned to the physical CPU 21 to be managed is performed at a timing set in advance in the HV 30, for example. The preset timing is, for example, when the VC 42 allocated to the physical CPU 21 uses up the CPU allocation permission time.

タイムシェア長管理部３３は、スケジューリング部３２が物理ＣＰＵ２１にＶＣ４２を割
り当てた場合に、ＶＣ４２に物理ＣＰＵ２１を割り当てる時間の長さ（以下、タイムシェ
ア長という）を管理するタイムシェア長管理処理を行う。 When the scheduling unit 32 assigns the VC 42 to the physical CPU 21, the time share length management unit 33 performs time share length management processing for managing the length of time for which the physical CPU 21 is assigned to the VC 42 (hereinafter referred to as time share length). .

図５を参照して、本実施形態のタイムシェア長管理処理について説明する。本実施形態の
タイムシェア長管理処理は、例えばスケジューリング部３２によって物理ＣＰＵ２１にＶ
Ｃ４２が割り当てられた直後に開始される。 With reference to FIG. 5, the time share length management process of this embodiment is demonstrated. The time share length management process of the present embodiment is performed by the scheduling unit 32 on the physical CPU 21 for example.
Starts immediately after C42 is assigned.

タイムシェア長管理部３３は、スケジューリング部３２によって物理ＣＰＵ２１にＶＣ４
２が割り当てられると（ステップＳ３３１）、物理ＣＰＵ２１に割り当てられるＶＣ４２
に対応するＶＭ名、スケジューリング部３２による物理ＣＰＵ２１の割り当て開始時刻、
スケジューリング部３２による物理ＣＰＵ２１へのＶＣ４２の割り当て終了時刻、及びタ
イムシェア長を記憶装置３００のタイムシェア長管理テーブル３０２に記録する（ステッ
プＳ３３２）。図６にタイムシェア長管理テーブル３０２の一例を示す。 The time share length management unit 33 uses the scheduling unit 32 to transfer the VC4 to the physical CPU 21.
2 is assigned (step S331), the VC 42 assigned to the physical CPU 21
, The allocation start time of the physical CPU 21 by the scheduling unit 32,
The allocation end time of the VC 42 to the physical CPU 21 by the scheduling unit 32 and the time share length are recorded in the time share length management table 302 of the storage device 300 (step S332). FIG. 6 shows an example of the time share length management table 302.

仮想マシン統計部３４は、タイムシェア長管理テーブル３０２を参照して、あらかじめ設
定された一定期間Ｔｍ１の間に各ＶＭ４０がＨＬＴ命令を実行した回数を計算し、計算結
果の回数にＨＬＴ命令の実行時間を乗じて、ＨＬＴしていた合計の長さ（以下、合計ＨＬ
Ｔ長という）を算出する合計ＨＬＴ長算出処理を行う。合計ＨＬＴ長は、割り当てられた
ＣＰＵの不使用時間といえる。算出結果の合計ＨＬＴ長は、仮想マシン統計部３４によっ
て仮想マシン統計管理テーブル３０３に格納される。 The virtual machine statistics unit 34 refers to the time share length management table 302, calculates the number of times each VM 40 has executed the HLT instruction during a predetermined period Tm1, and executes the HLT instruction as the number of calculation results. Multiply the time by the total length of the HLT (hereinafter referred to as the total HL
A total HLT length calculation process for calculating (T length) is performed. The total HLT length can be said to be a non-use time of the allocated CPU. The total HLT length of the calculation result is stored in the virtual machine statistics management table 303 by the virtual machine statistics unit 34.

図７を参照して本実施形態の合計ＨＬＴ長算出処理について説明する。なお、本実施形態
の合計ＨＬＴ長算出処理は、例えばタイムシェア長管理部３３がタイムシェア長管理テー
ブル３０２を更新した場合に開始される。 The total HLT length calculation process of this embodiment will be described with reference to FIG. The total HLT length calculation process according to the present embodiment is started when the time share length management unit 33 updates the time share length management table 302, for example.

仮想マシン統計部３４は、タイムシェア長管理テーブル３０２を参照して、各ＶＭ４０に
おける、あらかじめ設定された一定期間Ｔｍ１ごとのタイムシェア長を算出する（ステッ
プＳ３４１）。 The virtual machine statistics unit 34 refers to the time share length management table 302 and calculates the time share length for each preset period Tm1 in each VM 40 (step S341).

このとき、仮想マシン統計部３４は、一定周期Ｔｍｌの通し番号（例えば１周期目をＴｍ
１−１、２周期目をＴｍ１−２、３周期目をＴｍ１−３と記載する）と、算出結果のタイ
ムシェア長と、算出対象のＶＭ名とを対応付ける。 At this time, the virtual machine statistical unit 34 has a serial number of a certain period Tml (for example, the first period Tm
1-1, the second period is described as Tm1-2, and the third period is described as Tm1-3), the time share length of the calculation result, and the VM name to be calculated.

続いて、仮想マシン統計部３４は、タイムシェア長管理テーブル３０２を参照して、一
定期間Ｔｍ１の間に各ＶＭ４０がＨＬＴ命令を実行した回数を算出する（ステップＳ３４
２）。仮想マシン統計部３４は、ステップＳ３３の計算結果の回数にＨＬＴ命令の実行時
間を乗じて、ＶＭ４０がＨＬＴ実行していた合計のながさ（以下、合計ＨＬＴ長という）
を算出する（ステップＳ３４３）。なお、１回のＨＬＴ命令における実行時間（以下、Ｈ
ＬＴ長という）は一定であり、あらかじめ設定されている。 Subsequently, the virtual machine statistical unit 34 refers to the time share length management table 302 and calculates the number of times each VM 40 has executed the HLT instruction during the predetermined period Tm1 (step S34).
2). The virtual machine statistical unit 34 multiplies the number of calculation results in step S33 by the execution time of the HLT instruction, and the total length that the VM 40 has executed the HLT (hereinafter referred to as the total HLT length).
Is calculated (step S343). The execution time for one HLT instruction (hereinafter referred to as H
(LT length) is constant and preset.

仮想マシン統計部３４は、上述した一定周期Ｔｍｌの通し番号と、合計ＨＬＴ長の算出
対象のＶＭ名と、ステップＳ３４１における算出結果であるタイムシェア長と、ステップ
Ｓ３４３における算出結果である合計ＨＬＴ長とを対応付けて、仮想マシン統計管理テー
ブル３０３に格納する。図８に仮想マシン統計管理テーブル３０３の一例を示す。 The virtual machine statistics unit 34, the serial number of the above-mentioned fixed period Tml, the VM name to be calculated for the total HLT length, the time share length that is the calculation result in step S341, and the total HLT length that is the calculation result in step S343, Are associated and stored in the virtual machine statistics management table 303. FIG. 8 shows an example of the virtual machine statistics management table 303.

ＣＰＵ使用率計算部３５は、仮想マシン統計管理テーブル３０３を参照してＣＰＵ使用率
を計算するＣＰＵ使用率計算処理を行う。図９を参照して、本実施形態のＣＰＵ使用率計
算処理について説明する。なお、本実施形態のＣＰＵ使用率計算処理は、仮想マシン統計
管理テーブル３０３が更新された場合に開始される。 The CPU usage rate calculation unit 35 performs CPU usage rate calculation processing for calculating the CPU usage rate with reference to the virtual machine statistics management table 303. With reference to FIG. 9, the CPU usage rate calculation process of this embodiment will be described. Note that the CPU usage rate calculation process of this embodiment is started when the virtual machine statistics management table 303 is updated.

ＣＰＵ使用率計算部３５は、仮想マシン統計管理テーブル３０３から、ＣＰＵ使用率を算
出するＶＭ４０を順番に選択し、選択したＶＭ４０に関する、一定期間Ｔｍ１における合
計ＨＬＴ長と、タイムシェア長とを取得する（ステップＳ３５１）。ＣＰＵ使用率計算部
３５は、取得した合計ＨＬＴ長と、タイムシェア長に基づいて後述する計算式（１）を用
いて、一定周期ＴｍｌにおけるＣＰＵ使用率を算出する（ステップＳ３５２）。 The CPU usage rate calculation unit 35 sequentially selects the VMs 40 for calculating the CPU usage rate from the virtual machine statistics management table 303, and acquires the total HLT length and the time share length for the selected VM 40 in a certain period Tm1. (Step S351). The CPU usage rate calculation unit 35 calculates the CPU usage rate in the constant cycle Tml using the calculation formula (1) described later based on the acquired total HLT length and the time share length (step S352).


ＣＰＵ使用率［％］
＝｛１−（合計ＨＬＴ長［ｍｓ］／タイムシェア長［ｍｓ］）｝×１００ ・・
・（１）

ＣＰＵ使用率計算部３５は、一定周期Ｔｍｌの通し番号、タイムシェア長、合計ＨＬＴ
長、及び、算出したＣＰＵ使用率を対応付けてＣＰＵ使用率管理テーブル３０４に格納す
る（ステップＳ３５３）。図１０に、ＣＰＵ使用率管理テーブル３０４の一例を示す。Ｃ
ＰＵ使用率管理テーブル３０４はＶＭの台数分存在し、図１０のＣＰＵ使用率管理テーブ
ル３０４はＶＭ１に関する。
CPU usage [%]
= {1- (total HLT length [ms] / time share length [ms])} × 100
・ (1)

The CPU usage rate calculation unit 35 calculates the serial number of the fixed period Tml, the time share length, and the total HLT.
The length and the calculated CPU usage rate are associated with each other and stored in the CPU usage rate management table 304 (step S353). FIG. 10 shows an example of the CPU usage rate management table 304. C
The PU usage rate management table 304 exists for the number of VMs, and the CPU usage rate management table 304 in FIG. 10 relates to VM1.

ＣＰＵ割り当て時間計算部３６は、ＣＰＵ使用率管理テーブル３０４に格納された各ＶＭ
４０のＣＰＵ使用率に基づいて、後述するＣＰＵ割り当て処理において、スケジューリン
グ部３２が物理ＣＰＵ２１にＶＣ４２を割り当てるタイムシェア長をどのくらい補正する
かを示す補正値を算出する。具体的には、ＣＰＵ割り当て時間計算部３６は、後述する計
算式（２）を用いて、ＣＰＵを割り当てるタイムシェア長を補正する比率（以下、補正比
率という）を算出する。 The CPU allocation time calculation unit 36 stores each VM stored in the CPU usage rate management table 304.
Based on the CPU usage rate of 40, a correction value indicating how much the scheduling unit 32 corrects the time share length for assigning the VC 42 to the physical CPU 21 in a CPU assignment process to be described later is calculated. Specifically, the CPU allocation time calculation unit 36 calculates a ratio (hereinafter referred to as a correction ratio) for correcting the time share length to which the CPU is allocated, using a calculation formula (2) described later.

以下に、補正比率を算出する計算式（２）の一例を示す。なお、ＣにはＣＰＵ使用率［％
］が代入される
補正比率［％］
＝０．０００１×Ｃ３−０．０１７５×Ｃ２＋０．９８３８×Ｃ＋２０．０４６・・・
（２）

図１１に計算式（２）のグラフを示す。計算式（２）は、ＣＰＵ使用率が５０％以上の
ときは正の補正比率、５０％未満のときは負の補正比率となるような式である。また、Ｃ
ＰＵ使用率に応じて補正比率は−２０（最小値）〜２０％（最大値）で変化し、ＣＰＵ使
用率が１００％に近いほど補正比率は最大値に近づき、０％に近いほど最小値に近づく。
この最大／最小値は管理者が任意の大きさを指定できる。。 An example of calculation formula (2) for calculating the correction ratio is shown below. Note that C uses CPU usage [%
] Is substituted for [%]
= 0.0001 × C 3 −0.0175 × C 2 + 0.9838 × C + 20.046.
(2)

FIG. 11 shows a graph of the calculation formula (2). The calculation formula (2) is a formula that gives a positive correction ratio when the CPU usage rate is 50% or more, and a negative correction ratio when the CPU usage rate is less than 50%. C
The correction ratio varies from -20 (minimum value) to 20% (maximum value) according to the PU usage rate. The closer the CPU usage rate is to 100%, the closer the correction rate is to the maximum value, and the closer to 0%, the minimum value. Get closer to.
This maximum / minimum value can be arbitrarily set by the administrator. .

補正比率を算出する計算式は、上記の計算式（２）以外でもよい。例えば、以下の条件
１〜３を全て満たす関数であればよい。 The calculation formula for calculating the correction ratio may be other than the above calculation formula (2). For example, any function that satisfies all the following conditions 1 to 3 may be used.

条件１：横軸の最小値で縦軸の最小値と一致
条件２：横軸の最大値で縦軸の最大値と一致

また、ＣＰＵ割り当て時間計算部３６は、算出した補正比率に基づいて累計の補正比率を
算出する。累計の補正比率は、ＶＭ４０の起動時に１００％であり、補正比率の値を一定
期間Ｔｍ１ごとに加算することにより、算出される。 Condition 1: Minimum value on the horizontal axis matches the minimum value on the vertical axis Condition 2: Maximum value on the horizontal axis matches the maximum value on the vertical axis

Further, the CPU allocation time calculation unit 36 calculates a cumulative correction ratio based on the calculated correction ratio. The cumulative correction ratio is 100% when the VM 40 is activated, and is calculated by adding the value of the correction ratio every certain period Tm1.

累計補正比率は上限及び下限を持つ。例えば、上限が１８０％、下限が２０％とする。こ
の場合、ＶＭ１の累計補正比率が２１％のときに、算出された補正比率が−２０％であっ
ても、次の累計補正比率は１％ではなく２０％となる。これにより、各ＶＭ４０は、最低
限動作するためのＣＰＵ割り当てを確保することができる。この上限及び下限は管理者が
任意で設定してかまわない。なお、累計補正比率の上限を１００％にすることで、ＣＰＵ
使用率が高いＶＭ４０のＣＰＵ割り当て時間を伸ばさないことが可能となる。これにより
、所定のＶＭ４０のＣＰＵ割り当て時間が、本来の割り当て時間よりも延びてしまうこと
が無くなる。 The cumulative correction ratio has an upper limit and a lower limit. For example, the upper limit is 180% and the lower limit is 20%. In this case, when the cumulative correction ratio of VM1 is 21%, even if the calculated correction ratio is −20%, the next cumulative correction ratio is 20% instead of 1%. As a result, each VM 40 can ensure CPU allocation for minimum operation. The upper and lower limits may be arbitrarily set by the administrator. By setting the upper limit of the cumulative correction ratio to 100%, the CPU
It becomes possible not to extend the CPU allocation time of the VM 40 having a high usage rate. As a result, the CPU allocation time of the predetermined VM 40 does not extend beyond the original allocation time.

ＣＰＵ割り当て時間計算部３６は、一定周期Ｔｍｌの通し番号、タイムシェア長、ＣＰＵ
使用率、補正比率、及び累計の補正比率をＣＰＵ割り当て時間管理テーブル３０５に記録
する。図１２にＣＰＵ割り当て時間管理テーブル３０５の一例を示す。 The CPU allocation time calculation unit 36 includes a serial number of a fixed period Tml, a time share length, a CPU
The usage rate, the correction rate, and the cumulative correction rate are recorded in the CPU allocation time management table 305. FIG. 12 shows an example of the CPU allocation time management table 305.

ここで、図１３を参照して、スケジューリング部３２が、ＣＰＵ割り当て時間管理テーブ
ル３０５を参照して、物理ＣＰＵ２１に割り当てるＶＣ４２を選択するＣＰＵ割り当て処
理について説明する。図１３は本実施形態のＣＰＵ割り当て処理の一例を示すフローチャ
ートである。なお、ＣＰＵ割り当て処理は、例えばスケジューリング部３２が割り当てた
タイムシェア長を割り当て対象のＶＣ４２が使い切った場合に開始される。 Here, with reference to FIG. 13, CPU allocation processing in which the scheduling unit 32 selects the VC 42 to be allocated to the physical CPU 21 with reference to the CPU allocation time management table 305 will be described. FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of CPU allocation processing according to this embodiment. The CPU allocation process is started when the allocation target VC 42 uses up the time share length allocated by the scheduling unit 32, for example.

スケジューリング部３２は、物理ＣＰＵ２１に割り当てられるＶＣ４２を選択すると（
ステップＳ３２１）、当該ＶＣ４２を有するＶＭ４０の累計補正比率、ＣＰＵ割り当て時
間管理テーブル３０５から取得する（ステップＳ３２２）。 When the scheduling unit 32 selects the VC 42 assigned to the physical CPU 21 (
In step S321), the cumulative correction ratio of the VM 40 having the VC 42 is acquired from the CPU allocation time management table 305 (step S322).

スケジューリング部３２は、ＶＣ４２のタイムシェア長に、取得した累計補正比率を乗
じ、補正タイムシェア長を算出する（ステップＳ３２３）。図１４に算出結果の補正タイ
ムシェア長の一例を示す。 The scheduling unit 32 calculates the corrected time share length by multiplying the time share length of the VC 42 by the acquired cumulative correction ratio (step S323). FIG. 14 shows an example of the corrected time share length of the calculation result.

算出結果の補正タイムシェア長の間、スケジューリング部３２は、ステップＳ３２１で
選択した物理ＣＰＵ２１にＶＣ４２を割り当てる（ステップＳ３２４）。 During the corrected time share length of the calculation result, the scheduling unit 32 assigns the VC 42 to the physical CPU 21 selected in Step S321 (Step S324).

上述のように、本実施形態の仮想計算機システムは、仮想マシン上で動作するゲストＯ
ＳからのＨＬＴ命令に基づいてハイパーバイザがＣＰＵ使用率を算出し、算出された使用
率に基づいて次のスケジューリングにおけるＣＰＵ割り当て時間の補正を行う。したがっ
て、ゲストＯＳからハイパーバイザに利用状況を通知できない完全仮想化環境であっても
ＣＰＵを効率的に利用することが可能である。 As described above, the virtual machine system of this embodiment is a guest O that operates on a virtual machine.
The hypervisor calculates the CPU usage rate based on the HLT instruction from S, and corrects the CPU allocation time in the next scheduling based on the calculated usage rate. Therefore, the CPU can be used efficiently even in a fully virtualized environment in which the usage status cannot be notified from the guest OS to the hypervisor.

また、本実施形態の仮想計算機システムは、ＨＬＴ命令の実行回数と、ＣＰＵを割り当
てる時間を基にＣＰＵ使用率を求めて、その値に応じて次のスケジューリングにおけるＣ
ＰＵ割り当て時間の補正を行うことにより、ＣＰＵをあまり使用していない仮想マシンの
ＣＰＵ使用時間を、ＣＰＵを必要とする仮想マシンに分け与えることができる。すなわち
、ＣＰＵリソースの効率的な利用が可能となる。 In addition, the virtual machine system according to the present embodiment obtains the CPU usage rate based on the number of execution times of the HLT instruction and the time for allocating the CPU, and the C in the next scheduling according to the value.
By correcting the PU allocation time, it is possible to share the CPU usage time of the virtual machine that does not use the CPU much to the virtual machine that requires the CPU. That is, the CPU resource can be efficiently used.

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、
発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形
態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換
え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれる
とともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this embodiment is shown as an example,
It is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、本実施形態では、仮想マシンが２台の場合を例に説明したが、仮想マシンは何台
であってもかまわない。この場合の利用例として、例えば以下のようなケースが考えられ
る。 For example, in the present embodiment, the case where there are two virtual machines has been described as an example, but any number of virtual machines may be used. As a usage example in this case, for example, the following cases can be considered.

例えば、３台以上の仮想マシンが、それぞれ１基の仮想ＣＰＵを使用し、１基の物理Ｃ
ＰＵを共有する場合で、全ての仮想マシンのＣＰＵ使用率が常に１００％の場合のケース
である。この場合、ＣＰＵ割り当て処理のたびに補正比率が＋２０％であるから、累計補
正比率は最大の１８０％になるが、それ以上割り当てが増加することは無いので、特定の
仮想ＣＰＵが物理ＣＰＵを占有することは無い。 For example, three or more virtual machines each use one virtual CPU and one physical C
This is a case where the CPU usage rate of all virtual machines is always 100% when the PU is shared. In this case, since the correction ratio is + 20% for each CPU allocation process, the cumulative correction ratio is 180%, which is the maximum, but since the allocation does not increase any more, a specific virtual CPU occupies the physical CPU. There is nothing to do.

また、本実施形態では、物理ＣＰＵが１基の場合を例に説明したが、物理ＣＰＵは何基あ
ってもかまわない。各物理ＣＰＵ上で、本実施形態の各処理が独立して動作する。 In this embodiment, the case where there is one physical CPU has been described as an example, but any number of physical CPUs may be used. Each process of this embodiment operates independently on each physical CPU.

具体的には、図１５に示すような物理ＣＰＵ（以下、ＰＣＰＵと記載する）２１が４基（
ＰＣＰＵ１〜ＰＣＰＵ４）、仮想ＣＰＵが８基（ＶＣ１−１〜ＶＣ２−４）備えられた仮
想計算機システム１００においてＰＣＰＵ１に、今までＶＣ１−１の仮想ＣＰＵが割り当
てられていて、その割り当てが解除されたとすると、次のＶＣ４２の割り当ては、ＰＣＰ
Ｕに割り当てられていないＶＣ４２から、スケジューラのアルゴリズムにしたがって選択
される。ＰＣＰＵ２１に割り当てられていないＶＣ４２は、ＶＣ１−１、ＶＣ１−３、Ｖ
Ｃ１−４、ＶＣ２−２、ＶＣ２−３である。そのときに行われる本実施形態のフローは、
物理ＣＰＵが１基のときと同様なものである。 Specifically, four physical CPUs (hereinafter referred to as PCPUs) 21 as shown in FIG.
PCPU1 to PCPU4), in the virtual machine system 100 provided with eight virtual CPUs (VC1-1 to VC2-4), the virtual CPU of VC1-1 has been allocated to PCPU1 so far, and the allocation has been released Then, the next VC 42 allocation is PCP.
The VC 42 not assigned to U is selected according to the scheduler algorithm. VC42 which is not allocated to PCPU21 is VC1-1, VC1-3, V
C1-4, VC2-2, and VC2-3. The flow of this embodiment performed at that time is as follows:
This is the same as when there is one physical CPU.

１０…仮想計算機システム、２０…物理サーバ、２１…物理ＣＰＵ、３０…ハイパーバイ
ザ、３１…仮想マシンＨＬＴ命令実行管理部、３２…スケジューリング部、３３…タイム
シェア長管理部、３４…仮想マシン統計部、３５…ＣＰＵ使用率計算部、３６…ＣＰＵ割
り当て時間計算部、４０…仮想マシン、４１…ゲストＯＳ、４２…仮想ＣＰＵ、３００…
記憶装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Virtual computer system, 20 ... Physical server, 21 ... Physical CPU, 30 ... Hypervisor, 31 ... Virtual machine HLT instruction execution management part, 32 ... Scheduling part, 33 ... Time share length management part, 34 ... Virtual machine statistics part 35 ... CPU usage rate calculation unit 36 ... CPU allocation time calculation unit 40 ... Virtual machine 41 ... Guest OS 42 ... Virtual CPU 300 ...
Storage device

Claims (5)

ハイパーバイザと、前記ハイパーバイザによって制御される仮想マシンと、前記仮想マ
シン上で動作するＯＳを備える仮想計算機システムであって、
前記ハイパーバイザは、前記ＯＳからのＨＬＴ命令に基づいて前記仮想マシンを割り当て
られたＣＰＵの使用率を算出し、算出された前記ＣＰＵの使用率に基づいて前記仮想マシ
ンに前記ＣＰＵを割り当てる時間長を決定する仮想計算機システム。 A virtual computer system comprising a hypervisor, a virtual machine controlled by the hypervisor, and an OS operating on the virtual machine,
The hypervisor calculates a usage rate of a CPU to which the virtual machine is allocated based on an HLT instruction from the OS, and allocates the CPU to the virtual machine based on the calculated usage rate of the CPU. Determine the virtual machine system. 前記ハイパーバイザは前記ＯＳからのＨＬＴ命令の所定時間当たりの回数に基づいて前記
ＣＰＵの使用率を算出する請求項１に記載の仮想計算機システム。 The virtual computer system according to claim 1, wherein the hypervisor calculates the usage rate of the CPU based on the number of HLT instructions from the OS per predetermined time. 前記ハイパーバイザは前記ＨＬＴ命令と、前記ＣＰＵに前記仮想マシンを割り当てた時
間とに基づいて、前記仮想マシンに割り当てられたＣＰＵの使用率を算出する請求項１及
び請求項２のいずれか１項に記載の仮想計算機システム。 The said hypervisor calculates the usage rate of CPU allocated to the said virtual machine based on the said HLT instruction | indication and the time which allocated the said virtual machine to the said CPU. The virtual computer system described in 1. 仮想計算機システムに備えられる仮想マシンを制御するハイパーバイザであって、
前記仮想マシン上で動作するＯＳからのＨＬＴ命令に基づいて前記仮想マシンに割り当
てられたＣＰＵの使用率を算出し、算出された前記ＣＰＵの使用率に基づいて前記仮想マ
シン前記ＣＰＵを割り当てる時間長を決定するハイパーバイザ。 A hypervisor that controls a virtual machine provided in a virtual machine system,
A time length for calculating the CPU usage rate allocated to the virtual machine based on an HLT instruction from an OS operating on the virtual machine and allocating the CPU to the virtual machine based on the calculated CPU usage rate Determine the hypervisor. ハイパーバイザと、前記ハイパーバイザによって制御される仮想マシンと、前記仮想マ
シン上で動作するＯＳを備える仮想計算機システムの管理方法であって、
前記ＯＳからのＨＬＴ命令に基づいて前記仮想マシンに割り当てられたＣＰＵの使用率を
算出するステップと、
算出された前記ＣＰＵの使用率に基づいて前記仮想マシンに前記ＣＰＵを割り当てる時
間長を決定するステップと、を備える仮想計算機システムの管理方法。 A management method of a virtual machine system comprising a hypervisor, a virtual machine controlled by the hypervisor, and an OS operating on the virtual machine,
Calculating a usage rate of a CPU allocated to the virtual machine based on an HLT instruction from the OS;
Determining a time length for allocating the CPU to the virtual machine based on the calculated usage rate of the CPU.
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