JP7331374B2 - リソース管理装置およびリソース管理方法 - Google Patents
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Description
例えば、下記特許文献1には、仮想環境下において帯域保証を実現するために、パケットの優先度に応じてホスト-ゲスト区間の帯域保証を行う技術が開示されている。
また、下記特許文献2には、リアルタイムOS(Operating System)のタスクスケジューリングにおいて、優先度の高いタスクと優先度の低いタスクがあった場合に、優先度の低いタスクにもCPUリソースが割り当たるように、レディ状態にあるタスクからディスパッチする技術が開示されている。
また、下記特許文献3には、パケットの優先度に応じて、タスクスケジューリングの処理タスク割当ての優先度を設定し、優先度に応じてタスクの横取りを行う技術が開示されている。
図4では、縦軸方向に時間を取り、ホストが処理したパケットを第1のゲスト(Guest1)が更に処理する場合について、左側にホストにおけるパケット処理状況を、右側に第1のゲストにおけるパケット処理状況を、それぞれ模式的に示している。
よって、第1のゲストは、ホストから到着するパケットの処理をCPUタイム内に完了することができず、キューに貯め込んでいく。処理が進んでいくと、ホストから第1のゲストにパケットが到着してから処理を実行するまで複数CPUサイクル待つ必要があり、遅延が生じる。例えば、時刻T2の時点において第1のゲストで完了している処理は、ホストが時刻T1までに引き渡した処理までであり、時刻T2-T1間の処理は、第1のゲストのキューに蓄積されている。更に、パケットが第1のゲストの最大キューサイズまで貯まると、以降パケットロスが発生することになる。
また、このようにすることで、ゲストOSにおけるパケット処理負荷を精度よく反映することができる。
サーバ10は、ハードウェア(HW)102、ホスト(Host)OS104、ハイパーバイザ(Hypervisor)106、第1の仮想マシン(VM1)108A、第1のゲストOS(Guest1)110A、第2の仮想マシン(VM2)108B、第2のゲストOS(Guest2)110B、アプリケーション112A,112Bを備える。
ホストOS104は、ハードウェア102の機能を上位レイヤに提供する。
ハイパーバイザ106は、ホストOS104の上で仮想化環境を提供し、本実施の形態では、例として、第1の仮想マシン108Aおよび第2の仮想マシン108Bを構築する。
アプリケーション112A、112Bは、それぞれ第1のゲストOS110A、第2のゲストOS110B上で動作する。
すなわち、サーバ10は、ハードウェア102上で動作するホストOS104と、ホストOS104上に仮想的に構築された複数の仮想マシン108A,108B上でそれぞれ動作する複数のゲストOS110A,110Bとを有する仮想化システムである。
より詳細には、第1のゲストOS110Aは、サーバ10の外部にあるパケット送信装置30から送信されたパケットをゲストパケット処理部1102Aで処理する。パケット送信装置30から送信されたパケットは、まずネットワークインターフェースカード1024で受信され、ホストOS104のホストパケット処理部1042を介してゲストパケット処理部1102Aへと引き渡される。
そこで、ホストOS104にCPU1022のリソースを管理するリソース管理部20(リソース管理装置)を設け、CPU1022の利用効率を向上させ、各ゲストOS110における処理の遅延を抑制している。
ゲスト優先度算出部202は、ホストOS104からゲストOS110へのパケット転送レートと、ホストOS104のカーネルバッファの空き状況の少なくともいずれかに基づいて、複数のゲストOS110A,110Bのうち少なくとも1つのゲストOS110(以下「監視対象ゲストOS」という)の処理優先度を算出する。
本実施の形態では、リソース管理部20は、パケット転送レート計測部206およびバッファ空き状況監視部208を備えており、パケット転送レートおよびカーネルバッファの空き状況の両方を測定し、これに基づいてゲスト優先度算出部202は監視対象ゲストOSの処理優先度を算出する。なお、パケット転送レートと、カーネルバッファの空き状況のいずれか一方のみを用いて処理優先度を算出してもよい。
一方で、環境に依っては、各ゲストOS110A,110B単位でパケット転送レートを取得できない可能性がある。この場合は、例えば/proc/net/devといった、ホストOS104が持つネットワークデバイスのパケット転送レートを取得する等の対応が考えられる。なお、このように各ゲストOS110A,110Bへのフロー単位にパケット転送量を分計できない場合には、後述するように2つのゲストOS110A,110Bの両方を監視対象ゲストOSにしても効果が低い場合もあると考えられる。
バッファ空き状況監視部208の監視対象として、例えば前述したvhost-netのカーネルバッファを監視する場合は、各ゲストOS110A,110B単位のフローでバッファ空き状況を識別可能となる。一方、ホストOS104配下のネットワークドライバが管理するリングバッファを監視する場合は、各ゲストOS110A,110B単位でのフローのバッファ空き状況を分計することはできない。
すなわち、監視対象ゲストOSへのパケット転送レートが高い場合には、ホストOS104から監視対象ゲストOSに引き渡されるパケット量が増大しており、監視対象ゲストOSでの処理負荷が増加していると考えられる。また、カーネルバッファの空きが少ない場合にも、ホストOS104から監視対象ゲストOSに引き渡されるパケット量が増大し、監視対象ゲストOSでの処理負荷が増加すると予想される。
このため、ゲスト優先度算出部202は、パケット転送レートの上昇やカーネルバッファの空きの減少があった場合には、監視対象ゲストOSの処理優先度を相対的に高くする。また、反対にパケット転送レートの低下やカーネルバッファの空きの増加があった場合には、監視対象ゲストOSの処理優先度を相対的に低くする。
なお、パケット転送レートやカーネルバッファの空き容量の値と、処理優先度との関係を、機械学習を用いて動的に算出してもよい。
図2の中央は、所定の基準状態(例えば第1のゲストOS110Aの処理優先度が所定の閾値1を超え、かつ所定の閾値2(>閾値1)未満である場合)における利用時間配分を示す。基準状態では、例えば第1のゲストOS110A(Guest1)と第2のゲストOS110B(Guest2)が同時間(t1)ずつ交互にCPU1022を利用する。
これにより、処理遅延の影響が大きいリアルタイム性の高い処理を行うのに最適化した形でCPU1022の利用時間を配分することができる。
なお、第1のゲストOS110Aと第2のゲストOS110Bの両方を監視対象ゲストOSとすることも可能である。しかしながら、上述のようにパケット転送レートや、カーネルバッファの空き状況について、ゲストOS110A,110B別に測定できない場合には、本実施の形態で例示すケースと異なり、例えば、第1のゲストOS110Aと第2のゲストOS110Bがともにリアル性の高いネットワーク処理を要するアプリケーション112A,112Bを実行しているとすると、CPUリソースの利用効率を向上させる効果が低くなると考えられる。
また、第2のゲストOS110Bのみを監視対象ゲストOSとしてもよい。
パケット転送レート計測部206は、ホストOS104からゲストOS110へのパケットの転送レートを計測(例:xxMbps等)し、その値をメモリ等に一時記録する(ステップS300)。
バッファ空き状況監視部208は、ホストOS104のカーネルバッファの空き状況を取得し、その値をメモリ等に一時記録する(ステップS302)。
ゲスト優先度算出部202は、ステップS304およびステップS306で算出した処理優先度から、採用する処理優先度を決定する(ステップS308)。具体的には、例えば2つの処理優先度のうち高い方を採用する。
そして、リソース利用制御部204は、採用した処理優先度に基づいて、各仮想マシン108A,108Bの仮想CPU(vCPU)1082A,1082Bに対して、CPU1022の利用時間を設定する(ステップS310)。
リソース管理部20は、上記の処理の手順を、所定の時間間隔で繰り返すことにより、複数のゲストOS110によるCPUリソースの利用時間を動的に変更することができる。
102 ハードウェア
1022 CPU
104 ホストOS
1042 ホストパケット処理部
106 ハイパーバイザ
108(108A,108B) 仮想マシン
1082(1082A,1082B) 仮想CPU
110(110A,110B) ゲストOS
1102A ゲストパケット処理部
112(112A,112B) アプリケーション
20 リソース管理部(リソース管理装置)
202 ゲスト優先度算出部
204 リソース利用制御部
206 パケット転送レート計測部
208 バッファ空き状況監視部
30 パケット送信装置
Claims (4)
- ハードウェア上で動作するホストOSと、前記ホストOS上に仮想的に構築された複数の仮想マシン上でそれぞれ動作する複数のゲストOSとを有する仮想化システムのリソースを管理するリソース管理装置であって、
複数の前記仮想マシンは、前記ハードウェアにより実現されるCPUリソースを共有しており、
前記ホストOSから前記ゲストOSへのフローを監視することにより得られたパケット転送レートに基づいて、少なくとも1つの前記ゲストOSの処理優先度について、前記パケット転送レートが高いほど、前記処理優先度を高く算出するゲスト優先度算出部と、
前記ゲスト優先度算出部により算出された前記処理優先度に基づいて、複数の前記ゲストOSによる前記CPUリソースの利用時間配分を制御するリソース利用制御部と、
を備えることを特徴とするリソース管理装置。 - 前記ゲスト優先度算出部は、複数の前記ゲストOSのうち、リアルタイム性が求められるネットワーク処理を要するアプリケーションを実行するゲストOSを前記処理優先度の算出対象とする、
ことを特徴とする請求項1に記載のリソース管理装置。 - ハードウェア上で動作するホストOSと、前記ホストOS上に仮想的に構築された複数の仮想マシン上でそれぞれ動作する複数のゲストOSとを有する仮想化システムのリソースを管理するリソース管理装置のリソース管理方法であって、
複数の前記仮想マシンは、前記ハードウェアにより実現されるCPUリソースを共有しており、
前記リソース管理装置は、
前記ホストOSから前記ゲストOSへのフローを監視することにより得られたパケット転送レートに基づいて、少なくとも1つの前記ゲストOSの処理優先度について、前記パケット転送レートが高いほど、前記処理優先度を高く算出するゲスト優先度算出工程と、
算出された前記処理優先度に基づいて、複数の前記ゲストOSによる前記CPUリソースの利用時間配分を制御するリソース利用制御工程と、
を実行することを特徴とするリソース管理方法。 - 前記ゲスト優先度算出工程では、複数の前記ゲストOSのうち、リアルタイム性が求められるネットワーク処理を要するアプリケーションを実行するゲストOSを前記処理優先度の算出対象とする、
ことを特徴とする請求項3に記載のリソース管理方法。
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