JP2017073045A - キャッシュ競合管理システム、リソース割当サーバおよびリソース割当方法 - Google Patents
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- Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
Abstract
Description
このページカラーリング技術を用いたパーティショニング手法では、メインメモリからキャッシュメモリへのマッピングが固定的であることを利用し、割り当てたいキャッシュメモリの部分に対応したメインメモリのみをプロセスや仮想マシンから使えるように限定する。これによりプロセスや仮想マシンの使うキャッシュメモリのキャッシュ空間を限定する。
これにより、メモリの使用空間をアプリケーション(プロセス)に固定的に割り当てることなく柔軟に変更することができる。また、複数の仮想マシンを同時に動かす際のキャッシュ競合による性能低下を抑制することができる。
図1は、本実施形態に係るキャッシュ競合管理システム1の全体構成を示す図である。
図1に示すように、キャッシュ競合管理システム1は、仮想マシンがデプロイ(利用可能な状態に配置)される複数の物理サーバ30からなる仮想インフラ手段300と、物理サーバ30それぞれと通信接続され、複数の物理サーバ30の中から新たな仮想マシンの配置先を決定するリソース割当サーバ10と、リソース割当サーバ10および各物理サーバ30と接続される一時割当サーバ20と、を含んで構成される。
また、「キャッシュを汚す」とは、キャッシュメモリのキャッシュラインを頻繁に自身の仮想マシンのデータに置き換えることを意味する。
なお、キャッシュヒット率は、以下の式(1)で表わされる。ここで、「Chr」は、キャッシュヒット率を表わす。「Chc」は、キャッシュヒット数(/s)を表わす。「Cm」は、キャッシュミス数(/s)を表わす。
次に、本実施形態に係るキャッシュ競合管理システム1を構成する各装置の構成について、詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係るキャッシュ競合管理システム1を構成する、リソース割当サーバ10、一時割当サーバ20、物理サーバ30それぞれの構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態に係るリソース割当サーバ10は、新たな仮想サーバを仮想インフラ手段300のいずれかの物理サーバ30に配置する際に、一時割当サーバ20に一時的なデプロイを実行させ、当該仮想マシンを単体で稼働させたときのキャッシュヒット率(第1の評価値)とキャッシュミス数(第2の評価値)の情報を検出する。なお、この一時割当サーバ20が検出する、キャッシュヒット率とキャッシュミス数とを、キャッシュアクセス特性情報と称する。リソース割当サーバ10は、このキャッシュアクセス特性情報と、各物理サーバ30が検出するキャッシュヒット率(第1の評価値)とキャッシュミス数(第2の評価値)との情報である、キャッシュアクセス統計情報とを参照し、新たな仮想マシンの配置先の物理サーバ30を決定する。
リソース割当サーバ10は、この配置先の物理サーバ30の決定処理を、「キャッシュセンシティブな仮想マシンと、キャッシュを汚す仮想マシンを、同じ物理サーバ上に配置することを避ける」というポリシーの下、キャッシュヒット率の高い仮想マシンとキャッシュミス数の多い仮想マシンを、同じ物理サーバ30に配置しないように、新たな仮想マシンの配置先を決定する。
このリソース割当サーバ10は、図2に示すように、制御部11と、入出力部12と、記憶部13とを含んで構成される。
また、この制御部11は、例えば、記憶部13に格納されたプログラムを不図示のCPUがRAMに展開し実行することで実現される。
なお、一時割当サーバ20がキャッシュ競合管理システム1内に複数配備されている場合には、例えば、実行させる一時割当サーバ20をランダムに決定し、その一時割当サーバ20に対しリソース要求を送信する。
・“仮想マシン「A」のキャッシュヒット率(CHRA)が高く”、かつ、“仮想マシン「B」のキャッシュミス数(CMB)が多い”
または、
・“仮想マシン「B」のキャッシュヒット率(CHRB)が高く”、かつ、“仮想マシン「A」のキャッシュミス数(CMA)が多い”
ここで、「min(CHRA,CMB)」では、仮想マシン「A」のキャッシュヒット率(CHRA)と、仮想マシン「B」のキャッシュミス数(CMB)の値のうち、低い値を返すが、ケース「1」〜「3」では、キャッシュヒット率(CHRA)か、キャッシュミス数(CMB)かのどちらかの値が低いため、仮想マシン「A」と仮想マシン「B」の相性の悪さを示す評価関数(Incompatibility)が低い値となる。これに対し、ケース「4」では、キャッシュヒット率(CHRA)、キャッシュミス数(CMB)のいずれもが高い値のため、評価関数(Incompatibility)が高い値となる。
仮想マシン「B」のキャッシュヒット率(CHRB)と、仮想マシン「A」のキャッシュミス数(CMA)についても、同様に「min(CHRB,CMA)」の算出を行う。そして、「min(CHRA,CMB)」と「min(CHRB,CMA)」のどちらかの値が高ければ、その仮想マシン「A」,「B」は相性が悪いと考え、高い方の値を返す(「max」をとる。)。
次に、本実施形態に係る一時割当サーバ20について説明する。
一時割当サーバ20は、仮想インフラ手段300に配置される物理サーバ30と同様の物理サーバであり、制御部、入出力部および記憶部により構成される(いずれも不図示)。なお、入出力部および記憶部は、物理サーバとしての一般的な構成を備えるため説明を省略する。
一時割当サーバ20の制御部は、一時割当サーバ20全体の制御を司り、図2に示すように、VM一時デプロイ部21、キャッシュアクセス特性情報検出部22、マイグレーション部23を含んで構成される。
そして、キャッシュアクセス特性情報検出部22は、検出したキャッシュアクセス特性情報を、リソース割当サーバ10に送信する。
次に、本実施形態に係る物理サーバ30について説明する。
仮想インフラ手段300を構成する各物理サーバ30は、複数のCPUコア上に仮想マシンが設定されるコンピュータであり、制御部、入出力部および記憶部を備える(いずれも不図示)。なお、入出力部および記憶部は、物理サーバ(コンピュータ)としての一般的な構成を備えるため説明を省略する。
物理サーバ30の制御部は、物理サーバ30全体の制御を司り、VMデプロイ部31、キャッシュアクセス統計情報検出部32、マイグレーション部33を含んで構成される。
そして、キャッシュアクセス統計情報検出部32は、リソース割当サーバ10からのキャッシュアクセス統計情報取得要求を取得すると、自身が検出した各仮想マシンのキャッシュアクセス統計情報を、キャッシュアクセス統計情報取得応答として、リソース割当サーバ10に送信する。
次に、キャッシュ競合管理システム1が実行する処理について、図6を参照して説明する。
図6は、本実施形態に係るキャッシュ競合管理システム1が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
そして、一時割当部112は、受け付けたデプロイ要求に応じて、仮想マシンを一時的にデプロイさせるためのリソース要求を、一時割当サーバ20に送信する(ステップS4)。
なお、リソース割当サーバ10のキャッシュアクセス統計情報収集部111は、ステップS1,S2のキャッシュアクセス統計情報131の収集処理を、所定の時間間隔ではなく、ステップS3のデプロイ要求を受け付けたことを契機に実行するようにしてもよい。
また、一時割当サーバ20のキャッシュアクセス特性情報検出部22は、デプロイされた仮想マシンについて、その仮想マシンを単体で動かした場合におけるキャッシュメモリの利用に関する特性情報としてキャッシュアクセス特性情報(キャッシュヒット率、キャッシュミス数)を検出する。そして、キャッシュアクセス特性情報検出部22は、検出したキャッシュアクセス特性情報を、リソース割当サーバ10に送信する(ステップS6)。
リソース割当サーバ10のキャッシュアクセス特性情報取得部113は、一時割当サーバ20から受信したキャッシュアクセス特性情報132を記憶部13に記憶する。
また、配置先となる物理サーバ30のマイグレーション部33も、新たな仮想マシンを移行(取得)する処理(マイグレーション)を実行する(ステップS9)。そして、VMデプロイ部31が移行された新たな仮想マシンを、CPUコア上にデプロイする(ステップS10)。
次に、リソース割当サーバ10が実行する配置先サーバ決定処理(図6のステップS7)について詳細に説明する。
図7は、本実施形態に係るリソース割当サーバ10の配置サーバ決定部114が実行する配置先サーバ決定処理の流れを示すフローチャートである。
具体的には、配置サーバ決定部114は、キャッシュヒット率、キャッシュミス数のそれぞれについて、取得したすべての値から最小値を引き、それを値の範囲(最大値−最小値)で割ることにより、0〜1の範囲の値に正規化する(図5参照)。
次に、本実施形態の変形例について説明する。本実施形態におけるキャッシュ競合管理システム1においては、新たな仮想マシンの最適な配置先となる物理サーバ30を決定するため、「キャッシュセンシティブな仮想マシンと、キャッシュを汚す仮想マシンを、同じ物理サーバ上に配置することを避ける」というポリシーを採用した。そして、「キャッシュセンシティブ(であること)」の指標(第1の評価値)として、キャッシュヒット率を採用し、「キャッシュを汚す」ことの指標(第2の評価値)として、キャッシュミス数を採用した。
しかしながら、本発明はこれらの指標に限定されず、例えば、以下に示す指標を採用することができる。
この場合に、対象となる仮想マシンがキャッシュを利用したときと、キャッシュを切ったときのIPC(Instructions Per Clock)等を計測して、性能劣化を検出する。そして、性能劣化(1クロックあたりの命令実行数の低下)が著しいほど値が大きくなるように正規化(0〜1の値)する。
また、「キャッシュセンシティブであること」の他の指標として、一時割当サーバ20において、新たに配置する仮想マシンに対し、意図的にワークロード(規準となる仮想マシン)をぶつけ、キャッシュ占有率を減らしたときの性能劣化を検出する。そして、キャッシュ占有率が減った割合の多いほど値が大きくなるように正規化(0〜1の値)する。
この場合に、新たに配置する仮想マシンのキャッシュ占有率が高いほど値が大きくなるように正規化(0〜1の値)する。
このようにしても、仮想マシンが使用するメモリの割り当てに関する柔軟性を維持しつつ、複数の仮想マシンを同時に動かす際のキャッシュ競合による性能低下を抑制することができる。
10 リソース割当サーバ
11 制御部
12 入出力部
13 記憶部
20 一時割当サーバ
21 VM一時デプロイ部
22 キャッシュアクセス特性情報検出部
23 マイグレーション部
30 物理サーバ
31 VMデプロイ部
32 キャッシュアクセス統計情報検出部
33 マイグレーション部
111 キャッシュアクセス統計情報収集部
112 一時割当部
113 キャッシュアクセス特性情報取得部
114 配置サーバ決定部
131 キャッシュアクセス統計情報
132 キャッシュアクセス特性情報
300 仮想インフラ手段
Claims (5)
- 1つ以上の仮想マシンが配置される複数の物理サーバと、前記複数の物理サーバの中から新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定するリソース割当サーバと、前記リソース割当サーバに通信接続される一時割当サーバと、を備えるキャッシュ競合管理システムであって、
前記リソース割当サーバは、
前記仮想マシンのキャッシュメモリの利用において、キャッシュヒット率が性能に大きく影響を及ぼすことを評価する第1の評価値と、前記キャッシュメモリのデータを頻繁に置き換えることを評価する第2の評価値と、を採用しており、
前記新たな仮想マシンの配置要求を受け付けた場合に、前記一時割当サーバに当該新たな仮想マシンを一時的に稼働させ、当該新たな仮想マシンを単体で稼働させたときの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を前記一時割当サーバから取得して記憶部に記憶し、
前記複数の物理サーバそれぞれから、その物理サーバ上において配置済みの仮想マシンそれぞれの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を取得して前記記憶部に記憶し、
前記新たな仮想マシンの前記第1の評価値および前記第2の評価値と、前記配置済みの仮想マシンそれぞれの前記第1の評価値および前記第2の評価値とを参照し、
前記第1の評価値の高い仮想マシンと、前記第2の評価値の高い仮想マシンとを、同じ物理サーバ上に配置することを避けるというポリシーに基づき、前記新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定すること
を特徴とするキャッシュ競合管理システム。 - 前記リソース割当サーバは、
前記第1の評価値としてキャッシュヒット率を採用し、前記第2の評価値としてキャッシュミス数を採用し、
前記ポリシーとして、前記キャッシュヒット率の高い仮想サーバと前記キャッシュミス数の多い仮想サーバとを同じ前記物理サーバに配置しないように、前記新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定すること
を特徴とする請求項1に記載のキャッシュ競合管理システム。 - 前記リソース割当サーバは、
前記新たな仮想マシンの単体で稼働させたときの、前記キャッシュヒット率と前記キャッシュミス数とを前記一時割当サーバから取得して記憶部に記憶し、
前記複数の物理サーバそれぞれから、その物理サーバ上において配置済みの仮想マシンそれぞれの、前記キャッシュヒット率と前記キャッシュミス数とを取得して前記記憶部に記憶し、
前記キャッシュヒット率の高い仮想サーバと前記キャッシュミス数の多い仮想サーバとの組み合わせると、高い値となるように設定された評価関数を用いて、前記新たな仮想マシンを前記配置済みの仮想マシンそれぞれの物理サーバに配置した場合のスコアを算出し、前記算出したスコアが最小の物理サーバを、前記新たな仮想マシンの配置先の物理サーバとして決定すること
を特徴とする請求項2に記載のキャッシュ競合管理システム。 - 1つ以上の仮想マシンが配置される複数の物理サーバと、前記複数の物理サーバの中から新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定するリソース割当サーバと、前記リソース割当サーバに通信接続される一時割当サーバと、を備えるキャッシュ競合管理システムの前記リソース割当サーバであって、
前記リソース割当サーバは、
前記仮想マシンのキャッシュメモリの利用において、キャッシュヒット率が性能に大きく影響を及ぼすことを評価する第1の評価値と、前記キャッシュメモリのデータを頻繁に置き換えることを評価する第2の評価値と、を採用しており、
前記新たな仮想マシンの配置要求を受け付けた場合に、前記一時割当サーバに当該新たな仮想マシンを一時的に稼働させ、当該新たな仮想マシンを単体で稼働させたときの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を前記一時割当サーバから取得して記憶部に記憶し、
前記複数の物理サーバそれぞれから、その物理サーバ上において配置済みの仮想マシンそれぞれの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を取得して前記記憶部に記憶し、
前記新たな仮想マシンの前記第1の評価値および前記第2の評価値と、前記配置済みの仮想マシンそれぞれの前記第1の評価値および前記第2の評価値とを参照し、
前記第1の評価値の高い仮想マシンと、前記第2の評価値の高い仮想マシンとを、同じ物理サーバ上に配置することを避けるというポリシーに基づき、前記新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定すること
を特徴とするリソース割当サーバ。 - 1つ以上の仮想マシンが配置される複数の物理サーバと、一時的に仮想マシンを配置する一時割当サーバとに接続され、前記複数の物理サーバの中から新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定するリソース割当サーバのリソース割当方法であって、
前記リソース割当サーバは、
前記仮想マシンのキャッシュメモリの利用において、キャッシュヒット率が性能に大きく影響を及ぼすことを評価する第1の評価値と、前記キャッシュメモリのデータを頻繁に置き換えることを評価する第2の評価値と、を採用しており、
前記新たな仮想マシンの配置要求を受け付けた場合に、前記一時割当サーバに当該新たな仮想マシンを一時的に稼働させ、当該新たな仮想マシンを単体で稼働させたときの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を前記一時割当サーバから取得して記憶部に記憶するステップと、
前記複数の物理サーバそれぞれから、その物理サーバ上において配置済みの仮想マシンそれぞれの、前記第1の評価値および前記第2の評価値を取得して前記記憶部に記憶するステップと、
前記新たな仮想マシンの前記第1の評価値および前記第2の評価値と、前記配置済みの仮想マシンそれぞれの前記第1の評価値および前記第2の評価値とを参照し、
前記第1の評価値の高い仮想マシンと、前記第2の評価値の高い仮想マシンとを、同じ物理サーバ上に配置することを避けるというポリシーに基づき、前記新たな仮想マシンの配置先となる物理サーバを決定するステップと、
を実行すること特徴とするリソース割当方法。
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