一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法

摘要

本发明属于虚拟计算资源分配领域，具体涉及一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法。本发明包括：重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；判断虚拟机CPU利用率是否大于等于U

说明书

技术领域

本发明属于虚拟计算资源分配领域，具体涉及一种面向关键任务计算机的CPU资源动态 自配置方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，以及虚拟化技术的应用，计算资源已变成一种动态可再分配资 源，关键任务计算机可以虚拟出多台独立的主机执行不同的任务，以提高系统的容错能力。 关键任务计算机一般配置多个CPU，如何利用虚拟化技术，在最大化利用CPU资源以及平衡 每个CPU的负载程度的基础上，提升计算机性能和可用性。因此，本文提出一种CPU资源自 配置方法，实现CPU的动态自配置，在提高系统性能的同时也提高了系统的可用性。

随着计算机计算能力的不断提升，计算资源逐渐成为一种可分配资源，合理的分配方法 对提升系统系能和可用性都十分重要。专利“一种虚拟服务器VirtualCPU资源监测及动态 分配方法”(CN103729254A)，提出了一种虚拟机CPU资源的监测方法及动态分配方法，主要 提高了CPU资源的利用率，减少服务器购买成本，与本发明采用的方法和要达到的目的都不 相同。专利“一种虚拟机CPU资源监控和动态分配方法”(CN103336722A)，提出了一种虚拟 机CPU资源的监控和动态分配方法，调整虚拟机的资源权重分配量实现动态分配，提高虚拟 机的CPU资源的利用率，与本发明采用的方法和要达到的目的都不相同。

综上所述，目前的CPU资源的分配方法还存在以下问题：

(1)现有的CPU动态分配方法大多是在CPU到达一定的利用率以后才进行动态分配，这 种单一的分配方法容易造成CPU资源分配不及时，在虚拟机CPU利用率波动较大时，会影响 虚拟机的性能和可用性；

(2)关键任务计算机在运行过程中，由于每个虚拟机的任务可能不一样，使得每个虚拟 机对应的CPU工作负载相差很大，会出现部分CPU长时间持续工作的情况，可能会导致部分 CPU故障，影响系统的可用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现虚拟机的CPU资源动态平衡的面向关键任务计算机 的CPU资源动态自配置方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；

(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；

(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于U_fu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；

(4)判断CPU利用率是否大于等于U_su，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；

(5)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的增长率R_i，进入步骤(6)；

(6)判断增长率R_i的值是否大于R_increase，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；

(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；

(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；

(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；

(10)判断CPU利用率是否小于等于U_sd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；

(11)判断CPU利用率是否小于等于U_fd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；

(12)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的减少率R_d，进入步骤(13)；

(13)判断减少率R_d的值是否小于等于R_decrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤 (15)；

(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；

(15)判断轮转时间T是否大于等于T_round，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；

(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期；

其中，U_fu、U_fd为立即触发动态分配的上下限阈值，U_su、U_sd为条件触发动态分配的 上下限阈值，T_d为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，R_increase和R_decrease分别为 CPU利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率R_i的计算公式为：

CPU利用率的减少率R_d的计算公式为：

步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：

(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；

(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚 拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步 骤(16.3)；

(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；

(16.4)找出所有关联两个及以上静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU替换为动态 CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；

(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明采用的CPU资源动态变速分配方法，能够根据虚拟机的负载变化情况，动态 地为虚拟机分配CPU资源，解决了在CPU利用率波动较大时的动态分配不及时问题，更有效 地提高系统性能。

(2)本发明采用的轮转分配机制，能够每隔一段时间互换静态CPU组和动态CPU组的 CPU资源，平衡每个CPU的工作时间，避免因部分CPU长时间连续工作导致的系统故障，从 而提高系统可用性。

附图说明

图1一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程图。

图2一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法中轮转分配机制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明的特点是根据虚拟机的不同负载情况，动态分配CPU资源，提高系统性能，并且 采用轮转分配机制，平衡每个CPU的工作时间，以此减少CPU损耗，提高系统可用性。

本发明是一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，对于一个2n(n>0)核 CPU的关键任务计算机，CPU的编号分别设置为CPU₀～CPU_2n-1，假设在关键任务计算机上运行n 台虚拟机，初始将CPU₀～CPU_n-1设置为静态CPU组，分别分配给虚拟机vm₀～vm_n-1，CPU_n～CPU_2n-1则作为动态CPU组，根据虚拟机的负载情况，进行动态变速分配。为每个虚拟机设置一个监 测代理，负责采集虚拟机的CPU利用率；并且为宿主机设置一个管理系统，负责针对每个虚 拟机的CPU利用率进行CPU资源自配置。

本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程如下：

(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；

(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；

(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于U_fu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；

(4)判断CPU利用率是否大于等于U_su，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；

(5)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的增长率R_i，进入步骤(6)；

(6)判断增长率R_i的值是否大于R_increase，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；

(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；

(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；

(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；

(10)判断CPU利用率是否小于等于U_sd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；

(11)判断CPU利用率是否小于等于U_fd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；

(12)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的减少率R_d，进入步骤(13)；

(13)判断减少率R_d的值是否小于等于R_decrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤 (15)；

(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；

(15)判断轮转时间T是否大于等于T_round，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；

(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期。

其中，U_fu、U_fd为立即触发动态分配的上下限阈值，U_su、U_sd为条件触发动态分配的 上下限阈值，T_d为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，R_increase和R_decrease分别为CPU 利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率R_i的计算公式为：

CPU利用率的减少率R_d的计算公式为：

步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：

(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；

(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚 拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤 (16.3)；

(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；

(16.4)找出所有关联两个以上(包括两个)静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU 替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；

(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。

本发明提出一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，把CPU资源分为静态 CPU组和动态CPU组，静态CPU组为每个虚拟机提供基础的CPU计算资源，不能动态分配， 而动态CPU组能够根据虚拟机的不同负载情况，进行动态分配。本发明一方面，采用动态变 速分配对CPU资源进行动态分配，使得每个虚拟机更好地达到负载均衡，解决了CPU利用率 波动较大时动态分配不及时的问题；另一方面，采用轮转分配机制，每隔一段时间T_round(T_round>0)，互换静态CPU组和动态CPU组，尽可能平衡每个CPU的工作时间，避免少数CPU 因为长时间的工作而出现故障。两种CPU分配机制相辅相成，实现关键任务计算机的CPU资 源动态自配置，提高系统性能和可用性。

本发明是一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法，对于一个16核CPU的关 键任务计算机，CPU的编号分别设置为CPU₀～CPU₁₅，假设在关键任务计算机上运行8台虚拟机， 初始将CPU₀～CPU₇设置为静态CPU组，分别分配给虚拟机vm₁～vm₈，CPU₈～CPU₁₅则作为动态CPU 组，根据虚拟机的负载情况，进行按需分配。为每个虚拟机设置一个监测代理，负责采集虚 拟机的CPU利用率；并且为宿主机设置一个管理系统，负责针对每个虚拟机的CPU利用率进 行CPU资源自配置。

本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法的流程如下：

(1)重置轮转时间T，开始计时，进入步骤(2)；

(2)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(3)；

(3)判断虚拟机CPU利用率是否大于等于U_fu，若是，进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；

(4)判断CPU利用率是否大于等于U_su，若是，进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；

(5)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的增长率R_i，进入步骤(6)；

(6)判断增长率R_i的值是否大于R_increase，若是，进入步骤(7)，否则进入步骤(15)；

(7)判断动态CPU组是否为空，若不为空，进入步骤(8)，否则进入步骤(9)；

(8)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(15)；

(9)向管理人员发出报警，提醒管理人员CPU资源已分配完，进入步骤(15)；

(10)判断CPU利用率是否小于等于U_sd，若是，进入步骤(11)，否则进入步骤(15)；

(11)判断CPU利用率是否小于等于U_fd，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤(12)；

(12)计算在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的减少率R_d，进入步骤(13)；

(13)判断减少率R_d的值是否小于等于R_decrease，若是，进入步骤(14)，否则进入步骤 (15)；

(14)若该虚拟机关联了动态CPU，则回收一个的动态CPU，进入步骤(15)；

(15)判断轮转时间T是否大于等于T_round，若是，进入步骤(16)，否则进入步骤(2)；

(16)调用轮转分配机制，然后进入步骤(1)，开始下一个CPU自配置周期。

其中，U_fu、U_fd为立即触发动态分配的上下限阈值，U_su、U_sd为条件触发动态分配的 上下限阈值，T_d为计算CPU利用率的增长率和减少率的时间区间，R_increase和R_decrease分别为CPU 利用率的增长率和减少率的阈值，CPU利用率的增长率R_i的计算公式为：

CPU利用率的减少率R_d的计算公式为：

步骤(16)中轮转分配机制的具体流程如下：

(16.1)如果当前静态CPU组不为空，进入步骤(16.2)，否则进入步骤(16.3)；

(16.2)检查每个虚拟机是否关联静态CPU，对于没有关联静态CPU的虚拟机，为该虚 拟机分配一个静态CPU，并回收一个该虚拟机的动态CPU，直到静态CPU组为空，进入步骤 (16.3)；

(16.3)如果当前动态CPU组不为空，进入步骤(16.4)，否则进入步骤(16.5)；

(16.4)找出所有关联两个以上(包括两个)静态CPU的虚拟机，将其多余的静态CPU 替换为动态CPU，直到该虚拟机的静态CPU数量减少为1，进入步骤(16.5)；

(16.5)重复步骤(16.1)～(16.4)，直到每个虚拟机关联且仅关联一个静态CPU。

下面结合具体实施例对本发明的一种面向关键任务计算机的CPU资源动态自配置方法作 一下详细说明。

实施例1：

如图2所示，轮转时间T＝10min，轮转时间周期T_round＝60min，并且当前的CPU利用率 等于75％、T_d＝5s、R＝2.5％/s、R_increase＝2％/s，U_fu、U_su、U_fd、U_sd分别为90％、70％、 25％、45％，动态CPU组不为空，工作流程如下：

(1)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(2)；

(2)虚拟机CPU利用率小于90％，进入步骤(3)；

(3)虚拟机CPU利用率大于70％，进入步骤(4)；

(4)在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的增长率R＞R_increase，进入步骤(5)；

(5)在动态CPU组中选取一个可用CPU分配给虚拟机，进入步骤(6)；

(6)回收一个该虚拟机的动态CPU，进入步骤(15)；

(7)判断轮转时间T＜T_round，进入步骤(1)；

实施例2：

如图2所示，轮转时间T＝61min，轮转时间周期T_round＝60min，并且当前的CPU利用率 等于35％、T_d＝5s、R＝1.5％/s、R_increase＝2％/s，U_fu、U_su、U_fd、U_sd分别为90％、70％、 25％、45％，工作流程如下：

(1)获取各个虚拟机CPU利用率，进入步骤(2)；

(2)虚拟机CPU利用率小于90％，进入步骤(3)；

(3)虚拟机CPU利用率小于70％，进入步骤(4)；

(4)虚拟机CPU利用率小于45％，进入步骤(5)；

(5)在T_d时间内，虚拟机CPU利用率的减少率R＜R_decrease，进入步骤(6)；

(6)轮转时间T＞T_round，进入步骤(7)；

(7)调用轮转分配机制并执行，然后进入步骤(8)；

(8)重置轮转时间T，进入步骤(1)；

本发明的有益效果体现在：

本发明采用的CPU资源动态变速分配方法，能够根据虚拟机的负载变化情况，动态地为 虚拟机分配CPU资源，解决了在CPU利用率波动较大时的动态分配不及时问题，更有效地提 高系统性能。本发明采用的轮转分配机制，能够每隔一段时间互换静态CPU组和动态CPU组 的CPU资源，平衡每个CPU的工作时间，避免因部分CPU长时间连续工作导致的系统故障， 从而提高系统可用性。