CN110442423B - 一种利用控制组实现虚拟机预留cpu的方法和设备 - Google Patents

一种利用控制组实现虚拟机预留cpu的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法，该方法包括以下步骤：获取主机CPU核数和虚拟机vCPU核数；将主机CPU划分为预留CPU和非预留CPU，将虚拟机vCPU划分为预留vCPU和非预留vCPU；基于预留vCPU核数、vCPU核数以及非预留CPU核数计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比；基于最高CPU百分比计算限制值；获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率；响应于总占用率大于第一阈值，将非预留vCPU和主机进程限制为最高CPU百分比；响应于vCPU占用率大于第二阈值，则将非预留vCPU限制为限制值。通过使用本发明的方法，能够实现MHz级别的虚拟机CPU预留,确保所有的虚拟机以及主机进程不会占用预留的CPU资源，达到虚拟机预留的最大效果。

Description

一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法和设备
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法和设备。
背景技术
虚拟机预留CPU是虚拟化平台的一个重要的资源管理功能，能够设置虚拟机使用CPU资源的下限，使得重要的虚拟机在主机CPU资源极端紧张的情况下依然能够全额使用预留的CPU资源，保证各项关键业务能够稳定正常的运行，但由于KVM原生接口中并不存在类似Xen的虚拟机预留CPU的借口，因此只能利用一些其他方式(如taskset)来实现物理核层面的预留，而非MHz级别的预留，而想要实现这一功能则只能通过cgroup(控制组)来做；由于cgroup本身并没有直接提供预留CPU的功能接口，因此只能通过设置CPU限制，控制非预留CPU进程的资源使用率，变相地达到虚拟机CPU预留的目的；但现阶段通过CPU限制的方式实现虚拟机预留CPU进程，无非是根据当前主机CPU资源压力状态，来限制所有非预留虚拟机的CPU资源使用，没有考虑对预留CPU的虚拟机进行限制，还是会在一些情况下出现一些预留虚拟机的CPU资源被挤占的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法，通过使用该方法能够实现MHz级别的虚拟机CPU预留,确保所有的虚拟机以及主机进程不会占用预留的CPU资源，达到虚拟机预留的最大效果。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法，包括以下步骤：
获取主机CPU核数和虚拟机vCPU核数；
将主机CPU划分为预留CPU和非预留CPU，将虚拟机vCPU划分为预留vCPU和非预留vCPU；
基于预留vCPU核数、vCPU核数以及非预留CPU核数计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比；
基于最高CPU百分比计算限制值；
获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率；
响应于总占用率大于第一阈值，将非预留vCPU和主机进程限制为最高CPU百分比；
响应于vCPU占用率大于第二阈值，则将非预留vCPU限制为限制值。
根据本发明的一个实施例，占用率超过预设值的主机进程包括：占用率超过50％的主机进程。
根据本发明的一个实施例，计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比包括：基于公式
Figure GDA0003550306430000021
Figure GDA0003550306430000022
计算，其中vmReserve为虚拟机的预留CPU的Mhz大小，hostcpuFreq为主机CPU的频率，hostcpus为主机CPU核数；vmi(Rescpus)为第i个虚拟机预留的CPU数且为浮点数，vmi(vcpus)为虚拟机的所有虚拟核数。
根据本发明的一个实施例，计算限制值包括：基于公式
Figure GDA0003550306430000023
计算所述限制值，其中vmcpus为vCPU的总核数，vm(Rescpus)为vCPU预留核数。
根据本发明的一个实施例，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率：使用TOP命令查询。
根据本发明的一个实施例，将所述非预留vCPU和主机进程限制为最高CPU百分比包括利用控制组进行限制。
根据本发明的一个实施例，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率：利用python中的psutil模块来查询。
根据本发明的一个实施例，第一阈值为非预留CPU与各个预留vCPU核数总和的差值的百分数。
根据本发明的一个实施例，第二阈值为预留vCPU核数*100％。
根据本发明的实施例的另一个方面，提供了一种计算机设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述程序被所述处理器运行时实施如上所述的方法。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法，通过获取主机CPU核数和虚拟机vCPU核数；将主机CPU划分为预留CPU和非预留CPU，将虚拟机vCPU划分为预留vCPU和非预留vCPU；基于预留vCPU核数、vCPU核数以及非预留CPU核数计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比；基于最高CPU百分比计算限制值；获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率；响应于总占用率大于第一阈值，将非预留vCPU和主机进程限制为最高CPU百分比；响应于vCPU占用率大于第二阈值，则将非预留vCPU限制为限制值的技术方案，能够实现MHz级别的虚拟机CPU预留,确保所有的虚拟机以及主机进程不会占用预留的CPU资源，达到虚拟机预留的最大效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为根据本发明一个实施例的利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法的示意性流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。
如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
S1获取主机CPU核数和虚拟机vCPU核数；
S2将主机CPU划分为预留CPU和非预留CPU，将虚拟机vCPU划分为预留vCPU和非预留vCPU；
S3基于预留vCPU核数、vCPU核数以及非预留CPU核数计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比；
S4基于最高CPU百分比计算限制值；
S5获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率；
S6响应于总占用率大于第一阈值，将非预留vCPU和主机进程限制为最高CPU百分比；
S7响应于vCPU占用率大于第二阈值，则将非预留vCPU限制为限制值。
本发明针对KVM虚拟化对于CPU资源预留的局限性，提出了利用cgroup中的CPU限制来实现虚拟机CPU资源的预留，首先在主机中划出部分逻辑核(3～5个)来确保主机中各个重要进程能够正常使用CPU资源且不受预留功能的影响，这些重要进程有且只有这些CPU可以占用且其他一切进程都不会占用这些物理核(在grub中使用isolcpu做物理隔离)；其次，计算所有非预留虚拟核以及它们可使用的主机CPU资源量，并得出每个非预留虚拟核可使用的最大CPU资源量；第三，分两次统计并抓取主机中除重要进程以及虚拟机进程以外所有进程的CPU资源使用率，将两次统计中CPU资源占用率都高于50％的进程(如主机CPU加压脚本)归入受限制进程中；第四，遍历所有预留CPU资源的虚拟机，计算这些虚拟机和非预留CPU虚拟机以及受限制进程的CPU占用率总和，看是否占用了其他虚拟机预留的CPU资源；最后再根据以上情况来对各个虚拟机以及主机进程进行CPU资源使用的限制，进而实现CPU预留的效果。
通过以上技术方案，能够实现MHz级别的虚拟机CPU预留,确保所有的虚拟机以及主机进程不会占用预留的CPU资源，达到虚拟机预留的最大效果。
在本发明的一个优选实施例中，占用率超过预设值的主机进程包括：占用率超过50％的主机进程。
在本发明的一个优选实施例中，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率：使用TOP命令查询。获取主机所有虚拟机以及其余进程所占用的CPU百分比(关键服务除外)，查询所有进程所占用的CPU百分比，将所有虚拟机进程的CPU占用率汇总至一个字典中，再将剩余进程中查询出CPU使用率高于50％的进程取出，再次查询这些进程的CPU占用率，若依然高于50％，则将之加入虚拟机进程使用率字典中。
在本发明的一个优选实施例中，计算非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比包括：基于公式
Figure GDA0003550306430000061
Figure GDA0003550306430000062
计算，其中vmReserve为虚拟机的预留CPU的Mhz大小，hostcpuFreq为主机CPU的频率，hostcpus为主机CPU核数；vmi(Rescpus)为第i个虚拟机预留的CPU数且为浮点数，vmi(vcpus)为虚拟机的所有虚拟核数。如果当前预留CPU虚拟机的资源占用率与非预留进程总占用率之和没有挤压剩余的预留CPU资源，则判断非预留进程总占用率是否挤压了所有预留的CPU资源，若挤压了则将所有非预留虚拟机的vCPU以及主机进程通过cgroup进行限制。
在本发明的一个优选实施例中，计算限制值包括：基于公式
Figure GDA0003550306430000063
计算所述限制值，其中vmcpus为vCPU的总核数，vm(Rescpus)为vCPU预留核数。计算非预留vCPU资源利用率总和是否挤占了CPU预留的核数，将上述字典中所有非预留虚拟机以及主机进程占用的CPU利用率相加得到非预留进程总占用率，并开始遍历所有预留CPU的虚拟机：
若当前预留CPU虚拟机的资源占用率与非预留进程总占用率之和挤压了剩余的预留CPU资源，则将所有非预留虚拟机的vCPU以及主机进程通过cgroup进行限制，限制值为limitstd；继续判断当前预留CPU的虚拟机使用率是否已超过预留的CPU资源量，若超过则对当前预留CPU的虚拟机的每一个vCPU线程进行cgroup限制，限制值为Revmlinit。
在本发明的一个优选实施例中，限制包括利用控制组进行限制。
在本发明的一个优选实施例中，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率：利用python中的psutil模块来查询。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：对每个vCPU执行上述步骤。
在本发明的一个优选实施例中，第一阈值为非预留CPU与各个预留vCPU核数总和的差值的百分数。
在本发明的一个优选实施例中，第二阈值为预留vCPU核数*100％。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，上述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
实施例
下面是利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法的一个实施例：
主机H有24个逻辑核，预留CPU0个，非预留CPU24个，CPU频率为3200Mhz，共9台虚拟机，预留vCPU以及总vCPU如下表所示：
虚拟机 VM1 VM2 VM3 VM4 VM5-9
预留核数 3.2 2.8 1.7 2.3 0
总核数 12 12 12 10 4
VM1～VM4分别预留了10240MHz、8960MHz、5440MHz、7360MHz。
根据公式可以算出limitstd：
Figure GDA0003550306430000071
获取VM1～VM9的CPU资源占用率，以及占用率超过50％的主机进程threads，假设占用率如下表所示：
Figure GDA0003550306430000081
遍历预留的虚拟机VM1～VM4:
VM1:
VM5～VM9+threads+VM1＝1600％+100％＝1700％
1700％<(24-2.8-1.7-2.3)*100％＝1720％
不执行任何操作，继续判断：
VM5～VM9+threads＝1600％>(24-3.2-2.8-1.7-2.3)*100％＝1400％
将VM5～VM9的所有vCPU线程以及主机进程的CPU limit限制为limitstd＝0.25,并将flag设为True，开始遍历下一个虚拟机。
VM2:
VM5～VM9+threads+VM2＝1600％+300％＝1900％
1900％>(24-3.2-1.7-2.3)*100％＝1680％
将VM5～VM9的所有vCPU线程以及主机进程threads的CPU limit限制为limitstd＝0.25(若flag为True则跳过设置)。
继续判断：
VM2＝300％>2.8*100％＝280％
计算Revmlimit并限制VM2的各个vCPU。
Figure GDA0003550306430000082
VM3:
VM5～VM9+threads+VM3＝1600％+50％＝1650％
1650％>(24-3.2-2.8-2.3)*100％＝1570％
将VM5～VM9的所有vCPU线程以及主机进程threads的CPU limit限制为limitstd＝0.25。
继续判断：
VM3＝50％>1.7*100％＝170％
不执行任何操作，继续遍历下一个虚拟机。
VM4:
VM5～VM9+threads+VM4＝1600％+20％＝1620％
1620％<(24-3.2-2.8-1.7)*100％＝1630％
不执行任何操作，继续判断：
VM5～VM9+threads＝1600％>(24-3.2-2.8-1.7-2.3)*100％＝1400％
将VM5～VM9的所有vCPU线程以及主机进程threads的CPU limit限制为limitstd＝0.25(若flag为True则跳过设置)。
遍历完成，CPU预留开始生效。
通过cgroup的限制，可以直接对虚拟机以及主机进程进行限制，并且可以达到MHz级别的预留效果。
由于方案依然是通过CPU限制来达到预留的效果，因此通过第三步中各项逻辑判断能够减少预留所带来的负面影响。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机设备或***，包括：至少一个处理器以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时执行如上的任一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法的步骤。
需要特别指出的是，上述***的实施例采用了上述方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到上述方法的其他实施例中。
此外，上述方法步骤以及***单元或模块也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元或模块功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个***的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。

Claims (8)

1.一种利用控制组实现虚拟机预留CPU的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取主机CPU核数和虚拟机vCPU核数；
将所述主机CPU划分为预留CPU和非预留CPU，将所述虚拟机vCPU划分为预留vCPU和非预留vCPU；
基于所述预留vCPU核数、所述vCPU核数以及所述非预留CPU核数计算所述非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比，基于公式
Figure FDA0003550306420000011
Figure FDA0003550306420000012
计算所述非预留vCPU所能占用的最高CPU百分比，其中vmReserve为虚拟机的所述预留CPU的Mhz大小，hostcpuFreq为主机CPU的频率，hostcpus为主机CPU核数；vmi(Rescpus)为第i个虚拟机预留的CPU数且为浮点数，vmi(vcpus)为虚拟机的所有虚拟核数；
基于所述最高CPU百分比计算限制值，基于公式
Figure FDA0003550306420000013
计算所述限制值，其中vmcpus为vCPU的总核数，vm(Rescpus)为vCPU预留核数；
获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率；
响应于所述总占用率大于第一阈值，将所述非预留vCPU和所述主机进程限制为所述最高CPU百分比；
响应于所述vCPU占用率大于第二阈值，则将所述非预留vCPU限制为所述限制值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，占用率超过预设值的主机进程包括：占用率超过50％的主机进程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率：使用TOP命令查询。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述非预留vCPU和所述主机进程限制为所述最高CPU百分比包括：利用控制组进行限制。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取各个vCPU占用率和占用率超过预设值的主机进程的总占用率包括：利用python中的psutil模块来查询。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值为所述非预留CPU与各个所述预留vCPU核数总和的差值的百分数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阈值为所述预留vCPU核数*100％。
8.一种计算机设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述程序被所述处理器运行时实施如权利要求1-7任意一项所述的方法。
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