用于在综合工作负载环境中实现最佳性能的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本申请通常涉及改进的数据处理装置和方法，更具体地，涉及用于在综合工作环 境中实现最佳性能的闭环反馈机制。
【背景技术】
[0002] 现代计算设备是建立在多处理核体系结构上。某些计算设备提供多线程核，其中， 线程是可与其它线程并行执行的指令序列。采用多线程核，如何在核中设计线程存在复杂 性。在某些体系结构中，诸如纽约州阿蒙克市的国际商业机器（IBM)公司的Power?体系 结构，其使用对称多线程（SMT)技术，诸如SMT4 (4个同时执行的线程）、SMT2 (2个同时执行 的线程）、或任何数量的SMT线程（即SMTn)，如果这些线程并发运行，则这些线程在核中具 有相同的容量和能力。然而，如果只有一个线程在运行，则该线程在性能上获得提高，因为 该线程具有更大的容量，即，与当所有SMT线程都在核中运行时它所拥有的相比，它可使用 更多的计算机设备资源。
[0003] 当物理核被虚拟化并在整个核中或者通过时分虚拟在多个虚拟处理器之间共享 时，如何在核中设计线程的复杂性增加。在虚拟环境中，多个虚拟处理器可分布在多个虚拟 机（VM)或逻辑分区（LPAR)上，其中每个LPAR主要孤立地运行。应当知道，LPAR可包括一 个或多个VM，而每个VM可包括一个或多个虚拟处理器，这些虚拟处理器使用计算设备的一 个或多个处理器和物理资源运行。
[0004] 在LPAR/VM上运行的操作系统，诸如来自IBM公司的高级交互执行（AIX)操纵系 统，采用智能调度，均衡硬件能力的知识。在这种情况下，知道SMT线程取决于其它线程在 核上的运行状态而获得不同的容量/能力，AIX调度程序在工作负载没有在LPAR/VM中的 所有虚拟处理器的每个硬件线程上运行的任务时，调度LPAR/VM中每个虚拟处理器的主要 (第一）线程以获得最佳性能。
[0005] 在虚拟环境中，LPAR、VM或虚拟处理器可以在系统上过量供应容量，例如，每个 LPAR/VM可依据虚拟处理器请求系统中的所有资源，如果它们可用。因此，在这个过量供应 配置中，例如在现代体系结构中多达10X的虚拟处理器可处于运行中，物理核的容量和资 源在这些虚拟处理器上进行时间切分（如果过量供应和所有虚拟处理器被每个LPAR中的 客机（guest)操作系统分派）。AIX操作系统即使在每个虚拟处理器中只使用一个线程， 也会调度每个LPAR中的所有虚拟处理器上的工作，导致物理核在大量虚拟处理器之间进 行时间切分的情况。也就是说，并不是向单个虚拟处理器分派与该单个虚拟处理器相关联 的多个线程，或者也不是LPAR中的所有具有线程的虚拟处理器扩展到虚拟处理器的子集 上，AIX操作系统将调度每个LPAR中的所有虚拟处理器上的工作，并将线程扩展到所有虚 拟处理器上，其中针对由这些虚拟处理器共享的物理资源执行时间切分，物理资源例如是 物理核、存储器、缓存器等。时间切分增加了线程之间的上下文切换，并导致缓存器的颠簸 (thrashing)，导致相对低的性能。
【发明内容】
[0006] 在一个示例性实施例中，提供一种在包括至少一个物理处理器和存储器的数据处 理系统中用于在虚拟机（VM)环境中动态调整软件线程到硬件线程的分配的方法。该方法 包括由在数据处理系统中执行的虚拟机管理器（VMM)从在数据处理系统中执行的多个VM 接收工作负载优先级的指示。该指示表明在多个VM中的每个VM上执行的工作负载的优先 级。该方法还包括由VMM向多个VM中的每个VM提供物理资源使用的指示。该物理资源使 用的指示是在数据处理系统中执行的多个VM中的所有VM上的物理资源使用的指示。该方 法还包括由多个VM中的每个VM基于物理资源使用的指示和在该VM上执行的工作负载的 优先级来自动调整对应的软件线程到硬件线程的分配，以达到在多个VM中的所有VM上的 硬件线程的使用平衡。
[0007] 在其它示例性实施例中，提供一种计算机程序产品，其包括具有计算机可读程序 的计算机可用或可读介质。当计算机可读程序在计算设备上执行时，使得计算设备执行以 上参照方法的示例性实施例概括的操作的各个操作及其组合。
[0008] 在再一个示例性实施例中，提供一种系统/装置。该系统/装置可包括一个或多 个处理器以及连接到一个或多个处理器的存储器。存储器可包括指令，其在由一个或多个 处理器执行时使得一个或多个处理器执行以上参照方法的示例性实施例概括的操作的各 个操作及其组合。
[0009] 本发明的这些和其它特点及优点将在以下对本发明的示例性实施例的详细说明 中描述，或者将在参照对本发明的示例性实施例的详细说明后对本领域技术人员变得显而 易见。
【附图说明】
[0010] 通过参考以下示例性实施例的详细说明并结合附图阅读，本发明以及优选使用模 式和其它目标和优点将得到很好理解，其中：
[0011] 图1是说明根据示例性情形的一个示例性实施例的主要操作单元的示例性框图；
[0012] 图2是其中可实现示例性实施例的各方面的计算设备的示例性框图；
[0013] 图3是概括根据一个示例性实施例的虚拟管理机制的示例性操作的流程图；
[0014] 图4是概括根据一个示例性实施例的虚拟机的客机操作系统的示例性操作的流 程图。
【具体实施方式】
[0015] 示例性实施例提供了用于在综合工作负载环境中实现最佳性能的闭环反馈机 制。该闭环反馈机制缓解针对在多个线程上的物理资源的时间切分遍布在系统的逻辑分区 (LPAR)或虚拟机（VM)的所有虚拟处理器上而发生的缓存器颠簸。闭环反馈机制提供了一 种通信路径，管理程序或其它虚拟机或LPAR管理机制可通过它向LPAR或VM的客机操作系 统通知在系统级别的资源使用或资源可用性，诸如在LPAR的其它VM中的资源可用性，以便 修改客机操作系统的线程调度行为。基于来自管理程序的该反馈，客机操作系统的线程调 度可以折叠（减少）或展开（增加）由LPAR或VM正在使用的虚拟处理器的数量，从而根据 如由管理程序识别的资源的可用性来减少或增加与虚拟处理器相关联的时间切分。因此， 在多线程环境中更有效地利用线程是可能的。
[0016] 如上所述，为了在多个虚拟机上的虚拟环境中均衡多线程计算系统的硬件能力， 诸如SMT使能计算系统，示例性实施例在管理程序、主机操作系统或其它LPAR/VM管理机制 与客机操作系统（例如，诸如AIX、Linux、IBMi的操作系统的实例）或结合虚拟机或LPAR 执行的其它操作系统之间提供闭环系统。为了下面的描述，假定LPAR/VM管理机制是管理 程序，客机操作系统是AIX操作系统的实例，然而，示例性实施例并不限于此。在这种情况 下，管理程序知道所有LPAR/VM的需求，而客机操作系统知道在该客机操作系统内运行的 工作负载的需求。客机操作系统还实现关于各种类型的工作负载或工作负载的特性的商业 策略，以便根据所建立的在商业策略中规定的商业优先级来调度工作负载。例如，商业关键 应用，诸如数据库，可以相对于其它工作负载（诸如旨在开发或测试工作负载的工作负载） 而被给予更高的优先级。
[0017] 当这些工作负载在同一个计算系统上的虚拟机上运行时，商业策略被应用于软件 栈和硬件，以确保在计算系统中的虚拟机的虚拟处理器内正确地调度线程。根据示例性实 施例，通过创建其中管理程序向客机操作系统提供反馈的闭环系统，客机操作系统可以更 好地应用策略以在对应的虚拟处理器上调度线程。即，管理程序基于对计算系统资源的需 求，向客机操作系统传递提示以影响客机操作系统调度它的线程的方式。
[0018] 例如，如果对计算系统资源的需求在计算系统的虚拟机上更少，这意味着计算系 统的许多虚拟机处于低负载状态，因此需要较低的物理处理器容量，则管理程序可向被配 置了较低优先级商业策略（即，执行较低优先级工作负载）的虚拟机的客机操作系统传递 有关过度的资源可用性的"提示"或信息。然后，这些执行较低优先级工作负载的客机操作 系统可改变它们的调度器行为以获得额外的处理器容量。
[0019] 图1是表示根据示例性情形的一个示例性实施例的主要操作单元的示例性框图。 在下面的示例性情形中，其应当仅被认为是示例性实施例的操作的非限定例子，假定虚拟 机A 110正在运行具有高优先级策略集合114的商业关键数据库工作负载112,即规定工作 负载112具有比非关键工作负载相对高的优先级的商业策略，并被配置了 32个虚拟处理器 116,并具有计算系统的24个物理处理器核的授权或保证（即使计算系统被完全利用，工作 负载112也保证24个物理处理器核）。虚拟处理器的配置数量表示可分配给工作负载112 的虚拟处理器的最大数量，该最大数量在计算系统未充分利用时达到。
[0020] 还假定虚拟机B 120正在运行与较低优先级策略集合124相关联的开发工作负载 122,并被配置了 20个虚拟处理器126和2个物理处理器核的授权。另外，在该例子中，假 定虚拟机C 130运行具有优先级策略集合134的测试工作负载132,该优先级策略集合134 比虚拟机B的低优先级策略集合更高，但低于虚拟机A 110的高优先级策略集合114。虚拟 机C被配置了 20个虚拟处理器136和4个物理处理器核的授权。在这个例子中，系统具有 32个物理处理器核140,其在三个虚拟机110、120和130之间共享。多个虚拟机110、120 和130的配置策略与管理程序150共享，以使得管理程序知道与每个虚拟机相关联的优先 级策略集合114、124和134,并因此知道在各个虚拟机110、120和130上运行的工作负载的 优先级。
[0021] 在这个例子中，基于虚拟机A 110的高优先级策略集合，虚