JP4854710B2 - 仮想計算機システム及びネットワークデバイス共有方法 - Google Patents
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Description
第2は、1つのゲストOSがマスターとなって実ネットワークデバイスを管理し、他のゲストOSと外部との通信が、マスターとなるゲストOSを経由して行われる仕組み(第2の仕組み)である。
図1は本発明の一実施形態に係る仮想計算機システムの構成を示すブロック図である。図1に示す仮想計算機システムは、物理計算機(実計算機)1を用いて実現される。物理計算機1は、仮想計算機環境を提供するのに用いられるハードウェア(HW)10を備えている。HW10は、HW資源(物理資源)であるCPU(実CPU)11、メモリ(実メモリ)12及びネットワークデバイス(実ネットワークデバイス)13を含む。なお、図1では、ディスクドライブのような、物理計算機1に付属する、ネットワークデバイス13以外の入出力デバイスは省略されている。
SW割り込み番号は、ゲストOS識別子で示されるゲストOSに対して他のゲストOSから、ゲストOS間の通知機能(ゲストOS間割り込み配信インタフェース)によって割り込みを発生させる場合の割り込み配信先のゲストOSのSW割り込みハンドラ312を示す。
タイムスタンプは、ゲストOS識別子で示されるゲストOSの最終動作時刻を示す。
「not ready」は、送信ディスクリプタ325-jがデータ送信のために使用予定である(使用が予約されている)が、まだ送信されるべきデータの設定が終わっていない状態にあることを示す。
送信中先頭ポインタ≦送信前先頭ポインタ≦空き先頭ポインタ
のような不等号で示される順番の位置関係(大きいほうが進行方向)にある送信ディスクリプタを指し示す。
これら3種類のポインタは、ネットワークデバイス13によって操作される。
「received」は、受信ディスクリプタ326-jのポインタ部3262で指定されるDMAバッファ324a内の領域にデータを受信済みであるが、その旨をゲストOSが認識していない状態にあることを示す。
受信中先頭ポインタ≦DMA中先頭ポインタ≦空き先頭ポインタ
のような不等号で示される順番の位置関係(大きいほうが進行方向)にある受信ディスクリプタを指し示す。受信中先頭ポインタの指し示す位置からDMA中先頭ポインタの指し示す位置の直前までには、ステータスが「received」の受信ディスクリプタと「empty」の受信ディスクリプタとが混在する。図4の例では、受信ディスクリプタ326-3,326-4が、これに該当する。
これら3種類のポインタは、ネットワークデバイス13によって操作される。
まず、ゲストOSのドライバ(のopen処理部313)がネットワークデバイス13の使用を開始する際に実行する「open処理(ドライバのopen処理)」の手順について、当該ドライバがゲストOS31-1のドライバ310-1である場合を例に、図5のフローチャートを参照して説明する。
次に、ゲストOSのドライバ(の送信処理部315)がネットワークデバイス13を通じてパケットをネットワーク2に送信する際に実行される「送信処理」の手順について、当該ドライバがゲストOS31-1のドライバ310-1である場合を例に、図6のフローチャートを参照して説明する。この「送信処理」において実行されるネットワークデバイス13へのパケットデータの転送には、DMAが用いられる。
次に、ゲストOSのドライバ(の受信処理部316)がネットワークデバイス13を通じてパケットを受信する際に実行される「受信処理」の手順について、当該ドライバがゲストOS31-1のドライバ310-1である場合を例に、図7のフローチャートを参照して説明する。
次に、ネットワークデバイス13での動作でエラーが発生した場合に実行される「エラー割り込み処理」の手順について、ゲストOS31-1がマスターゲストOSである場合を例に、図8のフローチャートを参照して説明する。
「マスター権の委譲処理」とは、マスターゲストOSが自律的に、マスター権を他のゲストOSへと移すための処理である。以下、「マスター権の委譲処理」について、ゲストOS31-1がマスターゲストOSである場合を例に、図9のフローチャートを参照して説明する。
「マスター権の取得処理」とは、マスター以外のゲストOSが自身へマスター権を移すための処理、つまりマスター以外のゲストOSがマスター権を取得するための処理である。以下、「マスター権の取得処理」について、ゲストOS31-1がマスターゲストOSであり、ゲストOS31-2がマスター権を取得しようとするゲストOSである場合を例に、図10のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態では、ゲストOSのドライバ(のclose処理部314)がネットワークデバイス13の使用を終了する際に実行される「close処理(ドライバのclose処理)」で、上述の「マスター権の委譲処理」が利用される。以下、この「close(クローズ)処理」の手順について、ゲストOS31-1のドライバ310-1がネットワークデバイス13の使用を終了する場合を例に、図11のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態のように複数のゲストOSのドライバ(ネットワークデバイスドライバ)が協調して動作する場合、次のような問題が生じる可能性がある。例えば、あるゲストOSが「panic」或いは「hang」と呼ばれるような動作不能な状態に陥った場合に、ネットワークデバイス13のHW仕様によってはそのゲストOSが使用しているディスクリプタの処理が進まなくなって、結果として送受信の処理を進めなくなる可能性がある。また、マスターゲストOSが動作不能になった場合は、通信自体を行うことができなくなってしまう。
まず、共有メモリ32(共有メモリ領域120)に、ゲストOS31-1〜31-3に共通のカウンタ(カウンタ領域)が用意される。
以下、正常に動作していないと判断された異常ゲストOSを(ネットワークデバイス13を共有する状態から)排除するための「ゲストOS排除処理」の手順について、図12のフローチャートを参照して説明する。
上述の説明では、マスター権の移行は、マスターゲストOSの終了や、マスターゲストOSに異常が発生した際に特別に行われる。しかし、マスターゲストOSが正常稼動中でも、動作効率の向上のために、動的にマスター権を移行することも可能である。このような動作効率向上のためのマスター権移行の例を以下に列挙する。
次に上記(1)に対応した「通信回数の多いゲストOSへのマスター権の移行処理」について説明する。
1a)マスターゲストOS以外のある1つのゲストOSの通信回数が著しく多い場合:
ディスクリプタチェーンに含まれるディスクリプタ数の一定割合以上(例えば1/2以上)を、ある1つのゲストOSが使用していた場合が、これに該当する。
N個のゲストOSがネットワークデバイス13を共有しているものとすると、ディスクリプタチェーンに含まれるディスクリプタの数の一定割合未満、例えば1/(2N)個未満しか、マスターゲストOSが使用していなかった場合が、これに該当する。
ゲストOS#1のディスクリプタ使用数:400
ゲストOS#2のディスクリプタ使用数:700
ゲストOS#3のディスクリプタ使用数:100
例1では、ステップS113の判定条件にゲストOS#2が合致する。この場合、ゲストOS#1からゲストOS#2にマスター権が移行される。
ゲストOS#1のディスクリプタ使用数:100
ゲストOS#2のディスクリプタ使用数:500
ゲストOS#3のディスクリプタ使用数:600
例2では、ステップS113の判定条件に合致するゲストOSは存在しない。ここでは、マスターゲストOS#1のディスクリプタ使用数は、1200/(3×2)、つまり200よりも少ない。したがって、マスターゲストOS#1のディスクリプタ使用数(通信数)は、ステップS115の判定条件に合致する。この場合、残りのゲストOSのうち、最もディスクリプタ使用数の多いゲストOS#3にマスター権が移行される。
ゲストOS#1のディスクリプタ使用数:300
ゲストOS#2のディスクリプタ使用数:500
ゲストOS#3のディスクリプタ使用数:400
例3では、ステップS113の判定条件に合致するゲストOSは存在しない。また、マスターゲストOS#1のディスクリプタ使用数は、ステップS115の判定条件に合致しない。この場合、ゲストOS#2のディスクリプタ使用数は最も多いものの、当該ゲストOS#2へのマスター権の移行は行われない。これにより、マスター権の移行処理が頻発するのが防止される。
次に、上記(2)に対応した「ディスパッチ機会の多いゲストOSへのマスター権の移行処理」について説明する。
ゲストOS31-kのドライバ310-kのopen時において、マスターゲストOS31-1よりも当該ゲストOS31-kのディスパッチ時間の比率の設定が大きいものとする。この場合、ゲストOS31-kのドライバ310-kは、マスター権の取得処理を行う。
マスターゲストOS31-1のドライバ310-1のclose時において、他のゲストOSの中でゲストOS31-kのディスパッチ時間の比率の設定が最も大きいものとする。この場合、マスターゲストOS31-1のドライバ310-1は、自身のclose時に、ゲストOS31-kへマスター権を委譲する。
なお、ディスパッチ時間に代えて、ディスパッチ機会(回数)を用いても良い。
次に上記(3)に対応した「優先度の高いゲストOSへのマスター権の移行処理」について説明する。
ゲストOS31-kのドライバ310-kのopen時において、マスターゲストOS31-1よりも当該ゲストOS31-kの優先度が高いものとする。この場合、ゲストOS31-kのドライバ310-kは、マスター権の取得処理を行う。
マスターゲストOS31-1のドライバ310-1のclose時において、他のゲストOSの中でゲストOS31-kの優先度が最も高いものとする。この場合、マスターゲストOS31-1のドライバ310-1は、自身のclose時に、ゲストOS31-kへマスター権を委譲する。
ゲストOS31-1〜31-3の優先度は、例えばVMM20によって変更され、その変更がVMM20からゲストOS31-1〜31-3に通知されるものとする。またゲストOS31-1〜31-3の優先度は、当該ゲストOS31-1〜31-3からVMM20への要求によっても変更されるものとする。
もし、ゲストOS31-1(マスターゲストOS)よりも優先度の高いゲストOSが存在しないならば(ステップS124がNo)、当該ゲストOS31-1のドライバ310-1は何もせずにマスター権の移行処理を終了する。
Claims (8)
- CPU、メモリ及びネットワークデバイスを含む物理計算機上で動作して、複数のゲストOSが動作可能な複数の仮想計算機から構成される仮想計算機実行環境を構築する仮想計算機マネージャであって、前記メモリ内に共有メモリ領域を確保して、当該共有メモリ領域が仮想化された、前記複数のゲストOS及び前記複数のネットワークデバイスドライバ手段からアクセス可能な共有メモリであって、前記ネットワークデバイスによってネットワークから受信された受信データを一時格納すると共に、前記複数のゲストOSのいずれかから転送された送信データを一時格納するためのバッファ、及びマスター権を有するマスターゲストOSとして動作するゲストOSを示すマスターゲストOS情報を登録するためのゲストOS情報領域を含む共有メモリを構築する仮想計算機マネージャと、
前記複数のゲストOS上でそれぞれ動作する複数のネットワークデバイスドライバ手段とを具備し、
前記複数のネットワークデバイスドライバ手段の各々は、
自身が動作するゲストOSから前記ネットワークデバイスの使用を開始するためのオープン要求を受けた際に、前記メモリ内に前記共有メモリ領域が存在するかを判定し、前記共有メモリ領域が存在しないならば、前記仮想計算機マネージャによって、前記メモリ内に前記共有メモリ領域を確保させて、前記共有メモリ領域が仮想化された前記共有メモリを構築させ、しかる後に前記共有メモリの前記ゲストOS情報領域に、自身が動作するゲストOSを前記マスターゲストOSとして示す前記マスターゲストOS情報を格納することによって、前記自身が動作するゲストOSを前記マスターゲストOSとして前記共有メモリに登録するオープン処理手段と、
前記自身が動作するゲストOSが前記共有メモリに前記マスターゲストOSとして登録されている第1の状態で、前記ネットワークに送信された前記送信データが前記ネットワークデバイスによって前記受信データとして前記バッファに格納された結果、前記受信データが前記バッファに格納されたことを通知するための前記ネットワークデバイスからの受信完了割り込みを受信した場合、当該受信データを当該受信データの宛先のゲストOSによって受信させる受信処理手段と、
前記第1の状態で、前記自身が動作するゲストOSからの送信要求を受信した場合、当該マスターゲストOSからの送信データを前記バッファに格納し、しかる後に当該バッファに格納された前記送信データを前記ネットワークデバイスによって前記ネットワークへ送信させ、前記自身が動作するゲストOSとは別のゲストOSが前記共有メモリに前記マスターゲストOSとして登録されている第2の状態で、前記自身が動作するゲストOSからの送信要求を受信した場合、前記自身が動作するゲストOSからの送信データを前記バッファに格納し、しかる後に前記マスターゲストOSに当該送信データの送信のための送信要求割り込みを発行し、前記第1の状態で、前記自身が動作するゲストOS以外のゲストOSから前記送信要求割り込みを受信した場合、前記バッファに格納された前記自身が動作するゲストOS以外のゲストOSからの送信データを前記ネットワークデバイスによって前記ネットワークへ送信させる送信処理手段とを含む
ことを特徴とする仮想計算機システム。 - 前記仮想計算機マネージャは、ディスパッチスケジュールに従って前記複数のゲストOSに前記CPUを割り当て、
前記共有メモリは、データ送信を管理するための複数の送信ディスクリプタから構成される送信ディスクリプタチェーン及びデータ受信を管理するための複数の受信ディスクリプタから構成される受信ディスクリプタチェーンを格納するディスクリプタチェーン領域を含み、
前記ゲストOS情報領域は、前記複数のゲストOSの各々がデータ送信のために使用した前記送信ディスクリプタの総数、及び前記複数のゲストOSがデータ受信のために使用した前記受信ディスクリプタの総数の少なくとも一方を、前記複数のゲストOSの各々の通信回数として格納し、且つ前記仮想計算機マネージャによって変更可能な前記複数のゲストOSの各々の優先度を格納し、
前記複数のネットワークデバイスドライバ手段の各々は、前記第1の状態で、前記自身が動作するゲストOSから前記ネットワークデバイスの使用を終了するためのクローズ要求を受けた場合、前記複数のゲストOSのうち前記自身が動作しているゲストOS以外の残りのゲストOSの前記ゲストOS情報領域に格納されている通信回数、または前記仮想計算機マネージャが提供する前記ディスパッチスケジュールの示す、前記残りのゲストOSに前記CPUが割り当てられる時間もしくは回数、または前記残りのゲストOSの前記ゲストOS情報領域に格納されている優先度に基づき、前記通信回数が最も多い、または前記CPUが割り当てられる時間もしくは回数が最も多い、または前記優先度が最も高いゲストOSを特定し、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記マスターゲストOS情報を前記特定されたゲストOSを示すように更新することにより、前記特定されたゲストOSに前記マスター権を委譲するマスター権委譲手段を含む
請求項1記載の仮想計算機システム。 - 前記共有メモリは、データ送信を管理するための複数の送信ディスクリプタから構成される送信ディスクリプタチェーン及びデータ受信を管理するための複数の受信ディスクリプタから構成される受信ディスクリプタチェーンを格納するディスクリプタチェーン領域を含み、
前記ゲストOS情報領域は、前記複数のゲストOSの各々がデータ送信のために使用した前記送信ディスクリプタの総数、及び前記複数のゲストOSがデータ受信のために使用した前記受信ディスクリプタの総数の少なくとも一方を、前記複数のゲストOSの各々の通信回数として格納し、
前記複数のネットワークデバイスドライバ手段の各々は、前記第1の状態で、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記複数のゲストOSの前記通信回数の合計が第1の閾値以上となった場合、前記複数のゲストOSのうち前記通信回数が最も多いゲストOSを前記マスターゲストOSとして最適なゲストOSであると決定し、決定されたゲストOSが前記自身が動作するゲストOS以外のゲストOSであるならば、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記マスターゲストOS情報を前記決定されたゲストOSを示すように更新することにより、前記決定されたゲストOSに前記マスター権を委譲し、且つ前記ゲストOS情報領域に格納されている前記複数のゲストOSの前記通信回数をクリアするマスター権委譲手段を含む請求項1記載の仮想計算機システム。 - 前記マスター権委譲手段は、前記合計が前記第1の閾値以上となっても前記第1の閾値に対する前記マスターゲストOSの通信回数の割合が第2の閾値未満の場合、前記マスター権の委譲を抑止する請求項3記載の仮想計算機システム。
- CPU、メモリ及びネットワークデバイスを含む物理計算機上で動作する仮想計算機マネージャによって提供される仮想計算機実行環境内の複数の仮想計算機上で複数のゲストOSが動作する仮想計算機システムにおいて、前記ネットワークデバイスを前記複数のゲストOSで共有させるネットワークデバイス共有方法であって、
前記複数のゲストOS上でそれぞれ動作する複数のネットワークデバイスドライバ手段のうちのいずれかのネットワークデバイスドライバ手段が、当該ネットワークデバイスドライバ手段が動作するゲストOSから前記ネットワークデバイスの使用を開始するためのオープン要求を受けた際に、前記メモリ内に共有メモリ領域が存在するかを判定するステップと、
前記共有メモリ領域が存在しない場合、前記オープン要求を受けたネットワークデバイスドライバ手段が、前記仮想計算機マネージャによって、前記メモリ内に前記共有メモリ領域を確保させて、前記共有メモリ領域が仮想化された、前記複数のゲストOS及び前記複数のネットワークデバイスドライバ手段からアクセス可能な共有メモリであって、前記ネットワークデバイスによってネットワークから受信された受信データを一時格納すると共に、前記複数のゲストOSのいずれかから転送された送信データを一時格納するためのバッファ、及びマスター権を有するマスターゲストOSとして動作するゲストOSを示すマスターゲストOS情報を登録するためのゲストOS情報領域を含む共有メモリを構築させるためのステップと、
前記共有メモリが構築された場合、前記オープン要求を受けたネットワークデバイスドライバ手段が、前記共有メモリの前記ゲストOS情報領域に、自身が動作するゲストOSを前記マスターゲストOSとして示す前記マスターゲストOS情報を格納することによって、前記自身が動作するゲストOSを前記マスターゲストOSとして前記共有メモリに登録するステップと、
前記ネットワークに送信された前記送信データが前記ネットワークデバイスによって前記受信データとして前記バッファに格納された結果、前記複数のゲストOSのうちの前記共有メモリに前記マスターゲストOSとして登録されているゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記受信データが前記バッファに格納されたことを通知するための前記ネットワークデバイスからの受信完了割り込みを受信した場合、当該受信データを当該受信データの宛先のゲストOSによって受信させるステップと、
前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記マスターゲストOSからの送信要求を受信した場合、当該マスターゲストOSからの送信データを前記バッファに格納し、しかる後に当該バッファに格納された前記送信データを前記ネットワークデバイスによって前記ネットワークへ送信させるステップと、
前記複数のゲストOSのうちの前記マスターゲストOS以外のゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、自身が動作するゲストOSからの送信要求を受信した場合、当該ゲストOSからの送信データを前記バッファに格納し、しかる後に前記マスターゲストOSに当該送信データの送信のための送信要求割り込みを発行するステップと、
前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記マスターゲストOS以外のゲストOSから前記送信要求割り込みを受信した場合、前記バッファに格納された当該ゲストOSからの送信データを前記ネットワークデバイスによって前記ネットワークへ送信させるステップと
を具備することを特徴とするネットワークデバイス共有方法。 - 前記仮想計算機マネージャは、ディスパッチスケジュールに従って前記複数のゲストOSに前記CPUを割り当て、
前記共有メモリは、データ送信を管理するための複数の送信ディスクリプタから構成される送信ディスクリプタチェーン及びデータ受信を管理するための複数の受信ディスクリプタから構成される受信ディスクリプタチェーンを格納するディスクリプタチェーン領域を含み、
前記ゲストOS情報領域は、前記複数のゲストOSの各々がデータ送信のために使用した前記送信ディスクリプタの総数、及び前記複数のゲストOSがデータ受信のために使用した前記受信ディスクリプタの総数の少なくとも一方を、前記複数のゲストOSの各々の通信回数として格納し、且つ前記仮想計算機マネージャによって変更可能な前記複数のゲストOSの各々の優先度を格納し、
前記ネットワークデバイス共有方法は、
前記複数のネットワークデバイスドライバ手段のうち、前記マスターゲストOS上で動作するネットワークデバイスドライバ手段が、自身が動作しているゲストOSから前記ネットワークデバイスの使用を終了するためのクローズ要求を受けた場合に、前記複数のゲストOSのうち前記自身が動作しているゲストOS以外の残りのゲストOSの前記ゲストOS情報領域に格納されている通信回数、または前記仮想計算機マネージャが提供する前記ディスパッチスケジュールの示す、前記残りのゲストOSに前記CPUが割り当てられる時間もしくは回数、または前記残りのゲストOSの前記ゲストOS情報領域に格納されている優先度に基づき、前記通信回数が最も多い、または前記CPUが割り当てられる時間もしくは回数が最も多い、または前記優先度が最も高いゲストOSを特定し、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記マスターゲストOS情報を前記特定されたゲストOSを示すように更新することにより、前記特定されたゲストOSに前記マスター権を委譲するステップを更に具備することを特徴とする請求項5記載のネットワークデバイス共有方法。 - 前記共有メモリは、データ送信を管理するための複数の送信ディスクリプタから構成される送信ディスクリプタチェーン及びデータ受信を管理するための複数の受信ディスクリプタから構成される受信ディスクリプタチェーンを格納するディスクリプタチェーン領域を含み、
前記ゲストOS情報領域は、前記複数のゲストOSの各々がデータ送信のために使用した前記送信ディスクリプタの総数、及び前記複数のゲストOSがデータ受信のために使用した前記受信ディスクリプタの総数の少なくとも一方を、前記複数のゲストOSの各々の通信回数として格納し、
前記ネットワークデバイス共有方法は、
前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記複数のゲストOSの前記通信回数の合計が第1の閾値以上となったかを判定するステップと、
前記合計が第1の閾値以上となった場合、前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記複数のゲストOSのうち前記通信回数が最も多いゲストOSを前記マスターゲストOSとして最適なゲストOSであると決定し、決定されたゲストOSが前記マスターゲストOS以外のゲストOSであるならば、前記ゲストOS情報領域に格納されている前記マスターゲストOS情報を前記決定されたゲストOSを示すように更新することにより、前記決定されたゲストOSに前記マスター権を委譲し、且つ前記ゲストOS情報領域に格納されている前記複数のゲストOSの前記通信回数をクリアするステップ
を更に具備することを特徴とする請求項5記載のネットワークデバイス共有方法。 - 前記合計が第1の閾値以上となった場合、前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記第1の閾値に対する前記マスターゲストOSの通信回数の割合が第2の閾値未満であることを判定するステップと、
記第1の閾値に対する前記マスターゲストOSの通信回数の割合が第2の閾値未満である場合、前記マスターゲストOS上で動作する前記ネットワークデバイスドライバ手段が、前記マスター権の委譲を抑止するステップと
を更に具備することを特徴とする請求項7記載のネットワークデバイス共有方法。
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