TWI530875B - 施加用以調度在虛擬機器之間的網路頻寬之政策 - Google Patents

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Description

施加用以調度在虛擬機器之間的網路頻寬之政策
本發明係關於施加用以排程在虛擬機器之間的網路頻寬之政策。
大規模網路系統為用於商業及操作功能之執行應用程式與維護資料之各種環境中的普通平臺。舉例而言，資料中心(例如，實體雲端計算基礎設施)可同時為複數個客戶提供各種服務(例如，網頁應用程式、電子郵件服務、搜尋引擎服務等等)。通常，該等大規模網路系統包含分散在整個資料中心之大量資源，其中每一資源類似於在實體節點或主機上執行之實體機器或虛擬機器(Virtual Machine;VM)。當資料中心代管多個租戶(例如，客戶程式)時，將該等資源自相同資料中心最佳地分配至不同的租戶。
通常，多個VM將在計算網路或資料中心內同時執行在相同實體節點上。共享一共用實體節點之該等VM可經分配至不同的租戶且在不同時間可能需要不同數量之資源。舉例而言，通常僅將一個網路卡安裝至實體節點，其中該網路卡具有有限數量之網路頻寬。當一個租戶需要高數量之資源以完成特定任務時，在實體節點上執行之租戶的VM中之一者可藉由發送其上之大量封包而潛在地加載網路卡，從而防止在該實體節點上執行之其他VM公平地共享其資源。
因此，因為處理能力在資料中心內之最佳分配通常涉及將複數個VM置放於單個實體節點上，且因為該等VM需要資源(例如，網路頻寬)來實現大部分操作，所以藉由實行對資源消耗的限制而允許相同實體節點上之VM公平地共享該網路頻寬的機制將幫助減少對可用資源的加載並將幫助維持提供給資料中心之租戶的高服務品質。
提供此【發明內容】以用簡化形式介紹下文在【實施方式】中進一步描述之概念。此【發明內容】並非意欲識別所主張標的之關鍵特徵或本質特徵，亦並非意欲用作決定所主張標的之範疇的援助。
本發明之實施例提供一種允許常駐於一共用實體節點上之虛擬機器(VM)公平地共享由實體節點提供之資源(例如，網路頻寬)的機制。通常，公平地共享資源涉及：實行對資源消耗的限制以改良對該網路頻寬的加載或改良對已向資料中心之租戶保證之服務品質的不利影響，其中該等VM常駐於該資料中心中。
在一示例性實施例中，限制之實行可涉及：提供一管理公用程式(例如，第5圖至第7圖之排程器401)，該管理公用程式根據政策，藉由將該網路頻寬分配至共享實體機器上之該等VM中之每一者而動態地控制VM經驗。換言之，該管理公用程式可容許實體機器所有者，或資料中心之租戶能夠配置控制網路頻寬之VM使用的政策。除充當接受由一或多個實體指定之政策的介面以外，該管理公用程式可實施該等政策以便VM具備特定的服務品質(例如，向每一VM所保證之最小/最大網路頻寬)。
在實施該等政策之一個實例中，該管理公用程式可採用用於控制自該等VM發送之訊務量的速率限制技術。舉例而言，一種速率限制技術可指示當自VM之資料流率比當前分配給VM之資料流率消耗更少資源時，將資料封包自VM自由地傳送至網路。通常，分配資源由與該VM相關聯之政策指定。另一速率限制技術可指示當該VM正試圖利用比當前分配至該VM之更多資源時，丟棄或延遲資料封包。
如下文將更充分描述的，可在實體節點上實施一組令牌桶(token-bucket)佇列及排程器以實現該等速率限制技術。
實現該等速率限制技術最初可涉及：排程器檢查寫入合約之一或多個服務品質(Quality of Service;QoS)政策，其中該合約管理網路資源向資料中心之客戶端或租戶的分配。隨後，該排程器可部分地基於客戶端合約之QoS政策將令牌存放於令牌桶佇列中。如本文所描述的，將令牌桶佇列指派給在實體節點上樣例化的VM，該實體節點亦由其他VM所共享。
隨後，排程器可檢查令牌桶佇列以確定該VM之狀態。舉例而言，當存放之令牌未自令牌桶佇列中耗盡時，該排程可偵測出該VM正處於閒置狀態。與此相反，排程器可基於自令牌桶佇列中存放之令牌的耗盡而偵測出該VM正處於有效狀態，其中根據該VM之資料流率自令牌桶佇列中抽出存放之令牌的一部分。在此實例中，排程器可基於QoS政策及基於餘留於令牌桶佇列中的所存放令牌之一部分將令牌重新載入至令牌桶佇列中。因此，結合令牌桶佇列使用排程器來分配網路頻寬可在該等VM之間維持公平性，同時最大化實體節點上之傳輸量。
在本文中特定地描述本發明之實施例的標的以滿足法定要求。然而，該描述本身並非意欲限制本專利之範疇。實情為，發明者已預期結合其他當前技術或未來技術，亦可以其他方式實施所主張標的，以包含不同步驟或類似於在本文件中描述之步驟的步驟之組合。此外，儘管術語「步驟」及/或「方塊」在本文中可用於暗示所用方法之不同元素，但該等術語將不應被理解為意味著本文揭示的各種步驟之間的任何特定次序，除非或除了當明確地描述個別步驟之次序之外。
本發明之實施例係關於用於與控制網路邊緣處之訊務不同的向封包源(例如，在實體節點上樣例化之虛擬機器(VMs))施加節流控制的方法、電腦系統及電腦可讀取媒體。在操作中，該施加之節流控制可根據彼此相關聯之合約計量來自VM之資料流。在一示例性實施例中，計量涉及延遲傳遞超過由合約明確表達之一或多個政策的彼等封包。舉例而言，可藉由暫時儲存或「進入佇列」延遲封包的令牌桶佇列來實施計量。通常，該等令牌桶佇列擔當先進先出(First-In First-Out;FIFO)緩衝器，該等緩衝器保留延遲封包直至將網路頻寬分配給產生延遲封包之該等VM。在足夠的網路頻寬分配之後，令牌桶佇列設計成釋放將傳遞至封包預期的目的地之延遲封包。
在一態樣中，本發明之實施例係關於具有在其上實施之電腦可執行指令的一或多個電腦可讀取媒體，當執行該等電腦可執行指令時，執行一種用於計量源自在單個實體節點上樣例化之複數個VM之各種封包資料流的方法。最初，該方法包含檢查寫入合約之一或多個服務品質(QoS)政策之步驟。通常，該合約管理網路資源向客戶端之分配。隨後，可部分地基於客戶端合約之一或多個QoS政策將令牌存放於令牌桶佇列中。如第4圖至第6圖中所示，將令牌桶佇列指派給在實體節點上樣例化之VM。可基於自令牌桶佇列中存放之令牌的耗盡將該VM識別為已呈現有效狀態。(當在有效狀態中時，根據該VM之資料流率自令牌桶佇列中抽出所存放之令牌的一部分。)該方法可進一步包含部分地基於(a)QoS政策及/或(b)餘留於令牌桶佇列中的所存放令牌之一部分而將令牌重新載入至令牌桶佇列中的步驟。
在另一態樣中，本發明之實施例係關於一種能夠利用由資料中心之租戶指定之一或多個政策來計量將封包自VM注入至網路之速率的電腦系統。該電腦系統包含具有在其上實施之電腦軟體組件的電腦儲存媒體。電腦軟體組件包含以下組件：第一VM、第二VM、第一令牌桶佇列、第二令牌桶佇列及排程器。第一VM及第二VM在相同實體節點上經樣例化。將第一令牌桶佇列指派給第一VM，而將第二令牌桶佇列指派給第二VM。如本文所使用，通常第一令牌桶佇列及第二令牌桶佇列表示定位於實體節點上之不同的記憶體緩衝器。
排程器經配置以讀取分別與第一VM及第二VM相關聯之第一客戶端合約及第二客戶端合約。該排程器進一步能夠根據寫入第一客戶端合約之政策將第一數量之令牌存放於第一令牌桶佇列中。類似地，該排程器可根據第二客戶端合約內之政策將第二數量之令牌存放於第二令牌桶佇列中。如本文所使用，通常第一數量之令牌及第二數量之令牌各自分別表示分配給第一VM及第二VM的網路頻寬之一部分。通常，令牌之第一數量與第二數量基於在第一VM與第二VM之間網路頻寬分配的差異而具有不同的值。
在另一態樣中，本發明之實施例係關於一種用於對本發明之VM之資料流率強加限制的電腦化方法。在一實施例中，該方法涉及自排程器接受第一存放之令牌。通常，在第一存放內提供之令牌的數量基於以下各項中之至少一者：當前維持於令牌桶佇列內之令牌、與令牌桶佇列相關聯之分配給本發明之VM的網路頻寬，或者如本發明之VM分配給定位於共用實體節點上之其他VM的網路頻寬。
該方法可進一步涉及根據本發明之VM之資料流率消耗令牌的步驟，以及在大體上耗盡該等令牌之後動態地計量資料流率的步驟。在本發明之實例中，計量過程可包含將資料流內之封包轉發至網路介面組件，在該等令牌大體上自令牌桶佇列耗盡之前接收該等封包，或者使資料流內之在該等令牌大體上自令牌桶佇列耗盡之後接收的封包進入佇列。在令牌桶佇列自排程器中接受第二存放之令牌之後，假設第二存放內之令牌在數量上足以分散由令牌桶佇列保留的封包，則可將該等進入佇列封包轉發至網路介面組件。
已簡短地對本發明之實施例之概要進行了描述，下文將描述適合於實施本發明之實施例之示例性操作環境。特定言之，示例性操作環境支援藉由實行對資源消耗之限制而允許常駐於共用實體節點上之VM公平地共享網路頻寬的機制之功能性；因此，改良對網路頻寬之過度耗盡或改良對經由服務合約向VM保證之服務品質的不利影響。
大體參閱圖式，且特定言之最初參閱第1圖，圖示用於實施本發明之實施例的示例性操作環境且大體將其指定為計算設備100。計算設備100僅為適合的計算環境之一個實例且並非意欲建議對本發明之實施例之使用範疇或功能性的任何限制。計算環境100亦不應被理解為具有與所示之任何一個組件或組件之組合相關的任何相依性或要求。
可在電腦代碼或機器可用指令之大體上下文中描述本發明之實施例，該等機器可用指令包含由電腦或其他機器(諸如個人資料助理或其他手持設備)執行之電腦可執行指令，諸如程式組件。通常，包含常式、程式、物件、組件、資料結構及其類似物之程式組件代表執行特定任務或者實施特定抽象資料類型的代碼。可在各種系統配置中實現本發明之實施例，該等系統配置包含手持設備、消費性電子產品、通用電腦、專用計算設備等等。亦可在由經由通訊網路鏈接之遠端處理設備執行任務之分散式計算環境中實現本發明之實施例。
繼續參閱第1圖，計算設備100包含直接或者間接耦接如下設備之匯流排110：記憶體112、一或多個處理器114、一或多個呈現組件116、輸入/輸出(I/O)埠118、I/O組件120及說明性電源供應器122。匯流排110表示什麼可為一或多個匯流排(諸如位址匯流排、資料匯流排或者其組合)。儘管為清楚起見使用線來圖示第1圖之各種方塊，但實際上描繪各種組件並非如此清楚，且比喻地說該等線將更精確地為灰色且模糊的。例如，吾人可將呈現組件(諸如，顯示設備)認為是I/O組件。又，處理器具有記憶體。本文之發明者認識到，其為此項技術之本質且重申第1圖之圖示僅說明可與本發明之一或多個實施例結合使用的示例性計算設備。不對諸如「工作站」、「伺服器」、「膝上型電腦」、「手持設備」等種類加以區別，因為所有設備已預期在第1圖之範疇內，且參考「電腦」或者「計算設備」。
通常，計算設備100包含各種電腦可讀取媒體。舉例而言(但並非限制)，電腦可讀取媒體可包括隨機存取記憶體(Random Access Memory;RAM)；唯讀記憶體(Read Only Memory;ROM)；電子可抹除可程式唯讀記憶體(Electronically Erasable Programmable Read Only Memory;EEPROM)；快閃記憶體或者其他記憶體技術；CDROM、數位多功能光碟(Digital Versatile Disk;DVD)或者其他光學或全像媒體；磁帶盒、磁帶、磁碟儲存器或其他磁性儲存設備或者可用於編碼所要資訊且可由計算設備100存取之任何其他媒體。
記憶體112包含呈揮發性記憶體及/或非揮發性記憶體形式之電腦儲存媒體。該記憶體可為可移除的、不可移除的或者其組合。示例性硬體設備包含固態記憶體、硬驅動機、光碟機等等。計算設備100包含自各種實體(諸如，記憶體112或I/O組件120)中讀取資料之一或多個處理器。呈現組件116將資料指示呈現給使用者或其他設備。示例性呈現組件包含顯示設備、揚聲器、列印組件、振動組件等等。I/O埠118允許計算設備100在邏輯上耦接至包含I/O組件120之其他設備，其中一些設備可為內建式的。說明性組件包含麥克風、控制桿、遊戲板、圓盤式衛星電視天線、掃描器、印表機、無線設備等等。
參閱第1圖及第2圖，第1圖之示例性計算設備100可實施第一實體節點255及/或第二實體節點265。此外，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及/或虛擬機器275中之一或多者可包含第1圖之記憶體112的一部分及/或第1圖之處理器114的一部分。類似地，第4圖至第6圖之令牌桶佇列231、令牌桶佇列236、令牌桶佇列271及/或令牌桶佇列276可包含第1圖之記憶體112的一部分及/或第1圖之處理器114的一部分。
現轉至第2圖，圖示根據本發明之一實施例的方塊圖，該方塊圖圖示經配置以將網路頻寬分配至資料中心225內之虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275以供各種服務應用使用的示例性雲端計算平臺200。舉例而言，服務應用290包含分別在實體節點255及實體節點256上樣例化之虛擬機器235及虛擬機器270，以支援服務應用290的功能性。應理解並瞭解的是，第2圖中所示之雲端計算平臺200僅為一個適合的計算系統環境之實例且並非意欲提出對本發明之實施例之使用範疇或者功能性的任何限制。舉例而言，雲端計算平臺200可為公用雲端、私密雲端或者專用雲端。不應將雲端計算平臺200理解為具有與其中所示之任何單個組件或者組件之組合相關的任何相依性或要求。此外，儘管為清楚起見使用線來圖示第2圖之各種方塊，但實際上描繪各種組件並非如此清楚，且比喻地說該等線將更精確地為灰色且模糊的。此外，可使用任何數量之實體機器、虛擬機器、資料中心、端點或者其組合來達成本發明之實施例之範疇內的所要功能性。
雲端計算平臺200包含資料中心225，其經配置以代管及支援由資料中心225之租戶/客戶擁有的服務應用(例如，服務應用290)之虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275或者端點的操作。本文所使用之用語「服務應用」廣泛地代表在資料中心225之上執行或者在資料中心225內存取儲存位置的任何軟體或軟體之部分。在一實施例中，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275中之一或多者可表示部分軟體、組件程式或者參與服務應用之角色的實例。在另一實施例中，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275中之一或多者可表示能由服務應用存取的儲存資料。應理解並瞭解的是，第2圖中所示之虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275僅為用以支援服務應用之適合部分的實例且並非意欲提出對本發明之實施例之使用範疇或者功能性的任何限制。
通常，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275係基於對服務應用實行之需求(例如，處理負載之數量)來樣例化並指定給一服務應用。如本文所使用，用語「虛擬機器」並非意謂限制，且可代表任何軟體、應用程式、作業系統或者處理單元執行之程式，以構成服務應用之功能性的基礎。此外，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275可包含資料中心225內之處理容量、儲存位置及其他資產以適當地支援服務應用。
在操作中，虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275被動態地分配實體節點255及實體節點265之資源(例如，網路介面卡之網路頻寬)以滿足當前的處理負載，同時亦滿足客戶端合約之QoS政策211及QoS政策221。在一實例中，體系控制器(fabric controller)210負責將該等QoS政策211及QoS政策221分別自動地下推至排程器201及排程器202。舉例而言，體系控制器210可依靠服務模型(例如，由擁有該服務應用之客戶設計的)來將關於如何及何時分配資源(諸如處理容量)之導引提供至虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275。在另一實例中，體系控制器210可經配置以剖析服務等級協定(Service-Level Agreement;SLA)以便識別將哪些保證提供至哪些客戶及提供至執行客戶之服務應用的哪些組件。該等保證可以QoS政策211及QoS政策221之形式傳遞至排程器201及排程器202。在操作中，排程器201及排程器202經由令牌桶佇列實施QoS政策211及QoS政策221(下文中論述)。
如本文所使用，術語「排程器」並非意謂限制，但可涵蓋藉由自集中式公用程式(例如，體系控制器210)接收指令及實施該等指令內之QoS政策來促進網路頻寬管理的任何機制。在一示例性實施例中，排程器201及排程器202可監視源自實體節點255及實體節點265上之每一VM的資料流，並將資料流與QoS政策進行比較以達成將適當數量之網路頻寬分配至虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275。在電腦網路連接(例如，封包交換電信網路)領域中，訊務工程用語「QoS政策」代表用於實施VM間的資源保留及分佈的藍圖。通常，「服務品質(QoS)」代表將不同優先級提供至不同服務應用、應用組件(例如，VM)、使用者或者資料流的能力，以便保證特定的效能位準。例如，固定位元率可保證在特定上下文中用於特定VM。因此，將QoS政策211及QoS政策221之保證有利地用作用於將資源排程給使用者的準則，該等使用者共享有限容量實體節點內之相同網路資源。
如上所論述，可在第一實體節點255及第二實體節點265內將資源動態地分配至一或多個VM。根據本發明之實施例，實體節點255及實體節點265可表示任何形式之計算設備，例如，個人電腦、桌上型電腦、膝上型電腦、行動設備、消費性電子設備、伺服器、第1圖之計算設備100等等。在一實例中，實體節點255及實體節點265分別代管及支援虛擬機器230、虛擬機器235、虛擬機器270及虛擬機器275之操作，同時代管開拓用於支援資料中心225之其他租戶的其他虛擬機器(未圖示)，其中該等租戶包含由不同客戶擁有之其他服務應用的端點。
在一態樣中，VM在雲端計算平臺200之上下文內操作，且因此該等VM可在實體節點內進行內部地通訊，經由連接在實體節點255及實體節點265上進行通訊，使該等連接動態地橫貫資料中心225，並且在外部經由實體網路拓撲到達遠端網路之資源(例如，第3圖中企業專用網路325之資源330)。該等連接可涉及經由網路雲端(未圖示)使在資料中心225之實體資源上分散之VM互連。網路雲端使該等資源互連以使得一個VM可認出另一個VM之位置以便在其間建立通訊。舉例而言，網路雲端可經由使服務應用290之VM 235與VM 270連接的通道來建立此通訊。舉例而言，該等通道可包含(並非限制)一或多個區域網路(Local Area Network;LAN)及/或廣域網路(Wide Area Network;WAN)。該等網路連接環境在辦公室、企業級電腦網路、網內網路及網際網路中很普遍。因此，本文將不再對網路作進一步地描述。
現轉至第3圖，圖示根據本發明之一實施例的方塊圖，該方塊圖圖示具有建立於其中之兩個VM 270及275的示例性分散式計算環境300。最初，分散式計算環境300包含實體網路380，該實體網路380包含企業專用網路325及雲端計算平臺200，如參閱第2圖所論述。如本文所使用，用語「實體網路」並非意謂限制，但可涵蓋有形機構及裝備(例如，光纖線路、電路盒、開關、天線、IP路由器等等)，以及無形的通訊及載波，其促進在地理上遠端位置處端點之間的通訊。舉例而言，實體網路380可包含在網際網路內使用的，或者可用於促進不同網路間的通訊的任何有線或無線技術。
通常，資料中心225之客戶經常需要在其中資源上執行之服務應用以與正在另一位置執行之軟體進行互動，該軟體諸如為企業專用網路325。如本文所使用，用語「企業專用網路」通常代表由雲端計算平臺200之客戶或客戶端管理的伺服器，其在地理上遠離資料中心225。在第3圖所示之實施例中，企業專用網路325包含由雲端計算平臺200之客戶端管理的資源，諸如資源330。通常，該等資源代管及支援由客戶擁有之服務應用之組件的操作。
如元件符號315所圖示，在實體網路380內建立一網路。通常，網路315經建立以傳送端點之間的封包。舉例而言，網路315用以傳送在第二實體節點255上樣例化之VM 270與VM 275之間的封包316及資源330。在操作中，VM 270與VM 275兩者皆可產生包含封包的資料流。計量虛擬機器270之第一資料流以及虛擬機器275之第二資料流的網路介面控制器(Network Interface Controller;NIC)佇列可截取此等資料流。通常，NIC佇列320用作內部濾波器，其可控制地將第一資料流及第二資料流之封包轉發至網路介面組件310。
在將經計量的資料流傳達至網路介面組件310之後，網路介面組件310將資料流之封包316釋放至網路315中，其中網路介面組件310可經配置為網路配接器或者網路介面卡。換言之，網路介面組件310自NIC佇列320接收經計量的第一資料流及經計量的第二資料流，並自第二實體節點255釋放控制的訊務量，該訊務包括經計量之第一資料流及第二資料流內的封包316。在其他實施例(未圖示)中，可在虛擬機器270及虛擬機器275自身內建立網路介面控制器之虛擬化實施(Virtualized Implementation of The Network Interface Controller;VNIC)，以自動調節輸出封包之速率。
如上文所提及，網路315受其可用網路頻寬限制，同時第二實體節點255配置有特定數量之資源(例如，網路介面組件310之有限處理容量)。因此，若沒有額外機制用來公平地分散網路頻寬及/或將資源置放於適當位置，則VM 270及VM 275可在不考慮預定QoS政策的情況下爭用網路頻寬及/或資源。舉例而言，一旦在網路315上建立連接，則虛擬機器270可能試圖以獨立於其他用法之方式消耗所有的網路頻寬，從而使虛擬機器275之效能降級，而虛擬機器275亦試圖將封包發送至端點。因此，本發明之示例性實施例引入指派給每一VM之令牌桶佇列，該等令牌桶佇列利用由資料中心225之租戶指定之QoS政策計量將封包自VM注入至網路315的速率。在下文中參閱第4圖至第7圖直接描述該等令牌桶佇列。
通常，資源330及資料中心225包含某一形式的計算單元(例如，中央處理單元、微處理器等等)，或者與該計算單元鏈接，以支援在其上執行之VM 270及VM 275及/或組件的操作。如本文所使用，用語「計算單元」通常代表具有處理能力及儲存記憶體的專用計算設備，其支援一或多個作業系統或者其他基礎軟體。在一實例中，計算單元配置有整合至或可操作地耦接至資源330及資料中心225之有形硬體元件或機器，以使每一設備能夠執行各種過程及操作。在另一實例中，計算單元可涵蓋耦接至由資源330及資料中心225中之每一者調節之電腦可讀取媒體的處理器(未圖示)。通常，電腦可讀取媒體至少暫時地儲存由處理器執行之複數個電腦軟體組件(例如，VM 270及VM 275)。如本文所使用，術語「處理器」並非意謂限制且可涵蓋在計算容量中操作之計算單元之任何元件。在該容量中，處理器可配置為處理指令之有形物件。在一示例性實施例中，處理可涉及提取、解碼/解釋、執行及回寫指令。
現轉至第4圖，圖示根據本發明之一實施例的方塊圖，該方塊圖圖示分別在VM 230、VM 235、VM 270及VM 275與其相應的令牌桶佇列231、令牌桶佇列236、令牌桶佇列271及令牌桶佇列276之間的各種資料流。最初，該複數個VM各自常駐於單個實體節點400上。因此，VM 230、VM 235、VM 270及VM 275不得不公平地共享網路資源，諸如網路鏈路/連接或者供應至其的頻寬。
提供路由組件410，路由組件410瞭解VM 230、VM 235、VM 270及VM 275與其分別指派的令牌桶佇列231、令牌桶佇列236、令牌桶佇列271及令牌桶佇列276之間的映射。在操作中，路由組件410經配置以在偵測到一或多個VM試圖將資料流傳輸至實體節點400外部之端點之後存取映射，且經配置以基於映射將資料流路由至一或多個令牌桶佇列。舉例而言，路由組件410可擷取資料流、將資料流源識別為虛擬機器230，及利用映射以決定應將資料流傳遞至令牌桶佇列231，其中將令牌桶佇列231指派給虛擬機器230。
通常在將資料流內之封包定址至實體節點400外部之目的地時應用上文描述的實施例。若將資料流內之封包定址至實體節點400內部之目的地，則路由組件410可直接將封包路由至目標VM。舉例而言，若VM 230試圖將封包傳達至VM 235，則路由組件410可將封包傳送至VM 235而不經過指派給VM 230之令牌桶佇列231，藉此對令牌桶佇列231之嚙合進行略過及排除。此係歸因於當在內部傳輸封包時缺乏網路頻寬的消耗。
在實體節點400上提供排程器401。通常，排程器401表示基於各種標準將網路頻寬動態地分配至VM 230、VM 235、VM 270及VM 275的局部VM管理軟體。在實施例中，藉由一對一關係將排程器樣例化於實體節點上。如上文所提及，排程器401維持QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213，將該等QoS政策自維持主要客戶端或用戶，及包含QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213之合約的體系控制器(未圖示)下推。除QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213之外，其他資訊(例如，QoS政策的變化)可在不同時段(例如，規則間隔或者在接收更新之後)自體系控制器遷移至排程器401。在一實例中，可經由使用者模式API實現對客戶端合約的更新，該使用者模式API允許管理者將QoS政策指定用於VM 230、VM 235、VM 270及VM 275。舉例而言，可在使用者模式API處輸入相對權重或絕對頻寬之值。「相對權重」及「絕對頻寬」為用於用來分配網路頻寬之獨立、互斥方案中的變數，對此下文中將更詳細地論述。
在操作中，排程器401能夠檢查寫入一或多個客戶端合約之QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213。如上文所論述，客戶端合約管理將網路資源分配至VM 230、VM 235、VM 270及VM 275(因為VM 235及VM 270為共用服務應用(參見第2圖之元件符號290)之組件，所以QoS政策212管理網路頻寬至VM 235及VM 270之分配。)在對QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213檢查之後，排程器401可部分地基於QoS政策211、QoS政策212及QoS政策213將令牌存放於令牌桶佇列231、令牌桶佇列236、令牌桶佇列271及令牌桶佇列276中。如本文所使用，術語「令牌」並非意謂限制，且可涵蓋分配給一或多個VM之一部分網路頻寬的任何表示。
根據所存放之令牌提供令牌桶佇列231、令牌桶佇列236、令牌桶佇列271及令牌桶佇列276以分別強加對自其相應VM 230、VM 235、VM 270及VM 275之資料流率的限制。現將參閱第7圖及第9圖來論述強加對資料流率之限制的過程。第9圖圖示描繪用於限制資料流率之示例性方法900的流程圖，而第7圖圖示用於基於在其中存放之令牌732、令牌733及令牌734計量資料流之令牌桶佇列710的方塊圖。最初，方法900涉及自排程器401接受第一存放之令牌(例如，令牌732、令牌733及令牌734)，如在方塊910所指示。通常，在第一存放內提供之令牌的數量基於以下各項中之至少一者：當前維持於令牌桶佇列710內之令牌732、令牌733及令牌734、與令牌桶佇列710相關聯之分配給本發明之VM 230的網路頻寬，或者如本發明之VM 230分配給定位於共用實體節點400上之其他VM的網路頻寬。
方法900可進一步涉及以下步驟：根據本發明之VM 230之資料流率消耗令牌732、令牌733及令牌734(參見方塊920)，以及在大體上耗盡令牌732、令牌733及令牌734之後動態地計量資料流率(參見方塊930)。在本發明之實例中，計量過程可包含將資料流內之封包轉發至網路介面組件310，在令牌732、令牌733及令牌734大體上自令牌桶佇列710耗盡之前接收該等封包，如方塊940所指示，或者當令牌732、令牌733及令牌734已大體上自令牌桶佇列710消耗時，可使資料流內之後續封包進入佇列，如方塊950所指示。
舉例而言，令牌桶佇列710可包含令牌組件730，其週期性地接收由排程器401存放於其中之大量令牌(例如，令牌732、令牌733及令牌734)，並根據VM 230之資料流率消耗該等令牌。特定言之，如第7圖中所示，當VM 230將資料流傳輸至令牌桶佇列710時，在將封包722、封包723及封包724自佇列組件720釋放之前自令牌組件730中扣除規定數量之令牌732、令牌733及令牌734。佇列組件720用以在令牌組件730維持不足數量之令牌用於消耗時使由令牌桶佇列710接收之封包在內部進入佇列。如圖所示，在封包722、封包723及封包724消耗當前存放之程式包732、程式包733及程式包734之後封包721不具有相應令牌。因此，佇列組件720將排除對封包721之釋放直至將足夠令牌重新載入至令牌組件730中之時為止。
在令牌桶佇列710之令牌組件730自排程器401接受另一個存放令牌之後，可自佇列組件720釋放進入佇列封包721。此外，假設後續存放內之令牌數量足以分散由令牌桶佇列710保留的封包721，則可將封包721轉發至網路介面組件310。在方塊960處，在方法900內指示該程序。
轉至第4圖至第6圖，現將論述與絕對頻寬及相對權重有關之方案。最初，用於分散網路資源之「絕對頻寬方案」涉及將特定數量之令牌分配至VM，而不管該等網路資源目前正由佔據相同實體節點之其他VM所使用。舉例而言，若實體節點400具有10 MB可用網路資源，則可將4 MB之絕對值分配給VM 270。如上文所論述，4 MB之分配可涉及將大量令牌存放於等於4 MB之令牌桶佇列271中。若其他VM 230、VM 235或VM 275中之一者呈現閒置狀態(停止使用網路資源)，則VM 270將被持續分配一致的4 MB網路資源。
在其他實施例中，用於分散網路資源之「相對權重方案」涉及將大量令牌分配至VM，其與網路資源目前正由佔據相同實體節點之其他VM所使用有關。舉例而言，參閱第5圖，若實體節點400具有10 MB可用網路資源，則可將3 MB之相對值分配至VM 275，其中權重為1/3的可用頻寬。如圖所示，剩餘之有效VM 230及VM 235亦具備1/3(亦即，預定義比率)之可用頻寬的權重。3 MB之相對值的分配涉及將大量令牌存放於各自等於3 MB之令牌桶佇列231、令牌桶佇列236及令牌桶佇列276中。
如所圖示，VM 270已呈現閒置狀態(停止使用網路資源)。因此，根據相對權重方案，在處於有效狀態之VM 230、VM 235及VM 275之間分割最初分配給VM 270之網路資源。然而，在實施例中，QoS政策可為處於閒置狀態內之VM保留特定數量之頻寬。不可將該保留之頻寬分配給處於有效狀態之VM。在第5圖所示之情況中，為VM 270保留1 MB；因此，所分配之網路資源僅可組合成9 MB。應注意，當設定QoS政策時，實體節點400上之所有VM的總存量不能大於供應至其的可用頻寬。
當分散令牌時，可週期性地(例如，20 ms)引動排程器401，或者在事件發生之後動態地觸發排程器401，以重新載入指派給仍處於有效狀態中之VM的令牌桶佇列。排程器401可基於常駐於其所指派的令牌桶佇列中之未使用的令牌偵測已呈現閒置狀態之彼等VM。因此，如上文所論述，排程器401可避免重新載入處於閒置狀態中之VM之令牌桶佇列，而是可基於其QoS政策保留令牌。
此外，排程器401可覆蓋網路資源或大量令牌，可基於QoS政策之指令將該等網路資源或令牌分配給特定VM。舉例而言，參閱第6圖，儘管假定1/3之相對值的可用頻寬，但VM 235在3 MB下被覆蓋。因此，在操作中，該覆蓋提供資料流可消耗之最大數量的網路資源，甚至在一部分可用頻寬仍未經分配(例如，歸因於閒置的VM)時亦為如此。
現轉至第8圖，圖示根據本發明之一實施例的流程圖，該流程圖圖示用於計量源自在單個實體節點上樣例化之複數個VM之各種封包資料流的示例性方法800。最初，方法800包含檢查寫入合約之一或多個QoS政策的步驟，如方塊810所指示。通常，該合約管理網路資源向客戶端之分配。接著，可部分地基於客戶端合約之QoS政策將令牌存放於令牌桶佇列中，如方塊820所指示。如第4圖至第6圖中所示，將令牌桶佇列指派給在實體節點上樣例化之VM。可基於自令牌桶佇列中所存放令牌的耗盡將VM識別為已呈現有效狀態，如方塊830所指示。(當在有效狀態中時，根據該VM中之資料流率自令牌桶佇列抽出所存放之令牌的一部分。)方法800可進一步包含以下步驟：根據QoS政策、餘留於令牌桶佇列中之所存放令牌的一部分或者其他標準，將令牌重新載入至令牌桶佇列中，如方塊840所指示。
已就特定實施例描述本發明之實施例，該等實施例在各個方面意欲是說明性的而非限制性的。在不脫離本發明之範疇的情況下，替代實施例對於與本發明之實施例有關的一般技術者而言將變得顯而易見。
自上述內容可見，本發明非常適合於達到上文闡述之所有目的及目標，以及對於系統及方法而言皆為明顯且固有的其他優點。應理解，特定的特徵及次組合具有實用性且可在不參考其他特徵及次組合的情況下加以使用。此為申請專利範圍所涵蓋且在申請專利範圍之範疇內。
100．．．計算設備
110．．．匯流排
112．．．記憶體
114．．．處理器
116．．．呈現組件
118．．．I/O埠
120．．．I/O組件
122．．．電源供應器
200．．．雲端計算平臺
201．．．排程器
202．．．排程器
210．．．體系控制器
211．．．QoS政策
212．．．QoS政策
213．．．QoS政策
221．．．QoS政策
225．．．資料中心
230．．．虛擬機器/VM
231．．．令牌桶佇列
235．．．虛擬機器/VM
236．．．令牌桶佇列
255．．．第一實體節點
265．．．第二實體節點
270．．．虛擬機器/VM
271．．．令牌桶佇列
275．．．虛擬機器/VM
276．．．令牌桶佇列
290．．．服務應用
300．．．計算環境
310．．．網路介面組件
315．．．網路
316．．．封包
320．．．NIC佇列
325．．．企業專用網路
330．．．資源
380．．．實體網路
400．．．實體節點
401．．．排程器
410．．．路由組件
710．．．令牌桶佇列
720．．．佇列組件
721．．．封包
722．．．封包
723．．．封包
724．．．封包
730．．．令牌組件
732．．．令牌
733．．．令牌
734．．．令牌
800．．．方法
810．．．方塊
820．．．方塊
830．．．方塊
840．．．方塊
900．．．方法
910．．．方塊
920．．．方塊
930．．．方塊
940．．．方塊
950．．．方塊
960．．．方塊
在下文中參閱附圖詳細地描述本發明之實施例，其中：
第1圖為適用於實施本發明之實施例之示例性計算環境的方塊圖；
第2圖為圖示示例性雲端計算平臺的方塊圖，該雲端計算平臺適用於實施本發明之實施例，並經配置以在資料中心之實體節點內分配頻寬；
第3圖為圖示根據本發明之一實施例之傳達至外部端點之實體節點內的組件之示例性分散式計算環境的方塊圖；
第4圖至第6圖為圖示根據本發明之一實施例之在虛擬機器(VMs)與常駐於單個實體節點上之相應令牌桶佇列之間的各種資料流的方塊圖；
第7圖為根據本發明之實施例之基於在令牌桶佇列中存放之令牌而計量資料流之令牌桶佇列的方塊圖；
第8圖為圖示根據本發明之一實施例之用於計量源自在單個實體節點上樣例化之複數個VM的各種封包資料流之示例性方法的流程圖；以及
第9圖為圖示根據本發明之一實施例之用於對本發明之VM之資料流率強加限制的示例性方法的流程圖。
211．．．QoS政策
213．．．QoS政策
230．．．虛擬機器/VM
231．．．令牌桶佇列
235．．．虛擬機器/VM
236．．．令牌桶佇列
270．．．第一實體節點/VM
271．．．令牌桶佇列
275．．．虛擬機器/VM
276．．．令牌桶佇列
290．．．服務應用
310．．．網路介面組件
320．．．NIC佇列
400．．．實體節點
401．．．排程器
410．．．路由組件

Claims (14)

  1. 一種具有在其上實施之電腦可執行指令的電腦儲存記憶體，當執行該等電腦可執行指令時執行一方法，該方法用於計量源自在一單個實體節點上樣例化之複數個虛擬機器(VMs)之各種封包資料流，該方法包括以下步驟：檢查寫入一合約之一或多個服務品質(QoS)政策，其中該合約管理網路資源向一第一客戶端之分配；部分地基於該第一客戶端合約之該一或多個QoS政策將令牌存放於一第一令牌桶佇列中，其中將該第一令牌桶佇列指派給在該實體節點上樣例化之一第一VM；基於自該第一令牌桶佇列中該等所存放之令牌的一耗盡，偵測該第一VM處於一有效狀態中，其中根據該第一VM之該資料流之一速率自該第一令牌桶佇列抽出該等所存放之令牌的一部分；部分地基於該一或多個QoS政策及餘留於該第一令牌桶佇列中之該等所存放之令牌的一部分將令牌重新載入至該第一令牌桶佇列中，基於未使用該第一令牌桶佇列中之該等所存放之令牌，偵測該第一VM處於一閒置狀態中，其中當該第一VM停止自其傳輸封包時不自該第一令牌桶佇列抽出該等所存放令牌；以及部分地基於該第一VM之該閒置狀態避免將令牌重新載入至該第一令牌桶佇列中，其中檢查寫入一合約之一或多 個QoS政策之步驟包括以下步驟：在該第一VM已呈現該閒置狀態時決定保留用於該第一令牌桶佇列的令牌之一最小數量。
  2. 如請求項1所述之電腦儲存記憶體，該方法進一步包括以下步驟：檢查寫入一第二客戶端合約之一或多個QoS政策，其中該第二客戶端合約管理網路資源向在該實體節點上樣例化之一第二VM之分配；以及部分地基於該第二客戶端合約之該一或多個QoS政策將令牌存放於一第二令牌桶佇列中，其中將該第二令牌桶佇列指派給該第二VM。
  3. 如請求項2所述之電腦儲存記憶體，其中將令牌存放於一第一令牌桶佇列中之步驟包括以下步驟：將一第一數量之令牌存放於該第一令牌桶佇列中，其中將令牌存放於一第二令牌桶佇列中之步驟包括以下步驟：將一第二數量之令牌存放於該第二令牌桶佇列中，且其中令牌之該第一數量與該第二數量的值不同。
  4. 如請求項2所述之電腦儲存記憶體，其中該第一數量為網路頻寬之一絕對值，其中將該網路頻寬分配給由該第一客戶端合約指定的該第一VM。
  5. 如請求項3所述之電腦儲存記憶體，其中該第一數量係基於與該第一VM相關聯之一第一權重至少相對於與該第二VM相關聯之一第二權重的關係，且其中第一權重及該第二權重分別由該第一客戶端合約及該第二客戶端合約指定。
  6. 如請求項3所述之電腦儲存記憶體，該方法進一步包括以下步驟：識別當前在一網路介面組件處可用之網路頻寬，其中該網路介面組件用以控制自該實體節點至一網路之一訊務量；以及利用該可用網路頻寬以決定將該第一數量之令牌存放於該第一令牌桶佇列中。
  7. 如請求項6所述之電腦儲存記憶體，該方法進一步包括以下步驟：利用寫入該第一客戶端之該一或多個QoS政策以決定將一最大數量之令牌存放於該第一令牌桶佇列中；以及在該第一令牌桶佇列抽出該最大數量之令牌之後覆蓋該第一VM之該資料流率。
  8. 如請求項7所述之電腦儲存記憶體，其中當該第一VM已呈現一有效狀態且將足夠的網路頻寬識別為當前可用於該網路介面組件時將該最大數量之令牌存放於該第一 令牌桶佇列中。
  9. 一種能夠利用由一資料中心之租戶指定的一或多個政策來計量將封包自一虛擬機器注入一網路之一速率的電腦系統，該電腦系統包括具有其上實施之複數個電腦軟體組件的一電腦儲存媒體，該等電腦軟體組件包括：一第一VM，其在一實體節點上樣例化；一第二VM，其在該實體節點上樣例化；一第一令牌桶佇列，其指派給該第一VM；一第二令牌桶佇列，其指派給該第二VM，其中該第一令牌桶佇列及該第二令牌桶佇列表示定位於該實體節點上之不同的記憶體緩衝器；以及一排程器，其讀取分別與該第一VM及該第二VM相關聯之一第一客戶端合約及一第二客戶端合約、根據該第一客戶端合約內之該一或多個政策將一第一數量之令牌存放於該第一令牌桶佇列中，以及根據該第二客戶端合約內之該一或多個政策將一第二數量之令牌存放於該第二令牌桶佇列中，其中該第一數量之令牌及該第二數量之令牌各自表示分別分配給該第一VM及該第二VM之網路頻寬的一部分，其中令牌之該第一數量與該第二數量的值不同，其中該第一VM在將一第一資料流之該等封包自該實體節點釋放之前將封包之該第一資料流傳輸至該第一令牌桶佇列， 其中該第二VM在將一第二資料流之該等封包自該實體節點釋放之前將封包之該第二資料流傳輸至該第二令牌桶佇列，其中在接收該第一資料流之後，該第一令牌桶佇列為該第一資料流內之每一封包扣除存放於其中之一規定數量的令牌，其中在接收該第二資料流之後，該第二令牌桶佇列為該第二資料流內之每一封包扣除存放於其中之一規定數量的令牌，以及一路由組件，當該第一VM試圖將該第一資料流傳輸至該實體節點之外的一端點時，該路由組件存取該第一VM與該第一令牌桶佇列之間的一映射，且基於該映射將該第一資料流路由至該第一令牌桶佇列，其中當該第一VM試圖將該第一資料流直接傳輸至該第二VM時，該路由組件將該第一資料流自第一VM路由至該第二VM而不經過該第一令牌桶佇列。
  10. 如請求項9所述之電腦系統，該等電腦軟體組件進一步包括一網路介面控制器(NIC)佇列，其計量該第一令牌桶佇列之該第一資料流以及該第二令牌桶佇列之該第二資料流。
  11. 如請求項10所述之電腦系統，該等電腦軟體組件進一步包括一網路介面組件，其自該NIC佇列接收該經計量 之第一資料流及該經計量之第二資料流，以及自該實體節點釋放一控制的訊務量，該訊務包括在該經計量之第一資料流及該經計量之第二資料流內的該等封包。
  12. 如請求項9所述之電腦系統，其中該第一令牌桶佇列包含一令牌組件，其根據該第一資料流之一速率週期性地接收該所存放的第一數量之令牌，並消耗維持於其中之該等令牌。
  13. 如請求項12所述之電腦系統，其中該第一令牌桶佇列包含一佇列組件，其在該令牌組件維持一不足數量之令牌用於消耗時，使由此接收的在該第一資料流內傳輸之封包在內部進入佇列。
  14. 一種用於對一主題虛擬機器(subject VM)之一資料流率強加一限制的電腦化方法，該方法包括以下步驟：自一排程器接受一第一存放之令牌，其中在該第一存放內提供之令牌的一數量係基於以下各項中之至少一者：基於該第一存放之令牌的一耗盡，決定該主題VM處於一有效狀態中，或基於未使用該第一存放之令牌，決定該主題VM處於一閒置狀態中，其中當處於該有效狀態時，根據餘留於該第一令牌桶佇列中之該第一存放之令牌的一部分重新載入該主題VM之一令牌桶佇列，且遺中當處於該閒置狀態時，將保留給該主題VM的令牌的 一最小數量重新載入該令牌桶佇列；根據該主題VM之該資料流的一速率消耗該等令牌；以及在大體上耗盡該等令牌之後動態地計量該資料流率，其中計量之步驟包括以下步驟：(a)將該資料流內之封包轉發至一網路介面組件，在將該等令牌自該令牌桶佇列大體上耗盡之前接收該等封包；(b)使該資料流內之封包進入佇列，在將該等令牌自該令牌桶佇列大體上耗盡之後接收該等封包；以及(c)在該令牌桶佇列自該排程器接受一第二存放的令牌之後，將該等進入佇列的封包轉發至該網路介面組件。
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