59 KVM Skylark虚拟机混部-概述、架构及特性

文章目录

- 59 KVM Skylark虚拟机混部-概述、架构及特性
- - 59.1 Skylark概述
  - - 59.1.1 问题背景
    - 59.1.2 总体介绍
  - 59.2 架构及特性
  - - 59.2.1 总体实现框架
    - 59.2.2 功耗干扰控制
    - 59.2.3 LLC/MB干扰控制
    - 59.2.4 CPU干扰控制

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59.1 Skylark概述

59.1.1 问题背景

随着云计算市场规模的快速增长，各云厂商基础设施投入也不断增加。资源利用率低是行业普遍存在的问题，在上述背景下，提升资源利用率已经成为了一个重要的技术课题。本文档介绍 openEuler Skylark 组件，并给出安装方法及使用指导。

59.1.2 总体介绍

将业务区分优先级混合部署（下文简称混部）是典型有效的资源利用率提升手段。业务可根据时延敏感性分为高优先级业务和低优先级业务。当高优先级业务和低优先级业务发生资源竞争时，需优先保障高优先级业务的资源供给。因此，业务混部的核心技术是资源隔离控制，主要涉及内核态基础资源隔离技术及用户态 QoS 控制技术。

本文描述的对象为用户态 QoS 控制技术，由 openEuler Skylark 组件承载，首发于 openEuler 2209 版本。在 Skylark 视角下，优先级粒度为虚拟机级别，即给虚拟机新增高低优先级属性，以虚拟机为粒度进行资源的隔离和控制。Skylark 是一种混部场景下的 QoS 感知的资源调度器，在保障高优先级虚拟机 QoS 前提下提升物理机资源利用率。

在实际应用场景中如何更好地利用 Skylark 的高低优先级特性，请参考最佳实践章节。

59.2 架构及特性

59.2.1 总体实现框架

Skylark 核心类为QoSManager，类成员包括数据收集类实例、QoS 分析类实例、QoS 控制类实例、以及任务调度类实例：

DataCollector：数据收集类，有HostInfo和GuestInfo两个成员，分别用于收集主机信息和虚拟机信息。
PowerAnalyzer：功耗分析类，用于分析功耗干扰以及需要限制的低优先级虚拟机。
CpuController：CPU 带宽控制类，用于限制低优先级虚拟机的 CPU 带宽。
CacheMBWController：LLC 及内存带宽控制类，用于限制低优先级虚拟机的 LLC 和内存带宽。
BackgroundScheduler：任务调度类，用于周期性驱动以上模块，持续进行 QoS 管理。

Skylark 检查主机环境后，创建守护进程。守护进程有两种线程：主调度线程和 Job 线程：

主调度线程是唯一的，首先连接 Libvirt，然后创建并初始化QosManager类实例，最后开始驱动 Job 线程。
Job 线程可能不止一个，每个 Job 线程负责周期性执行某个 QoS 管理任务。

59.2.2 功耗干扰控制

相比非混部情况，混部后主机利用率更高，高利用率意味着高功耗，服务器功耗在超过 TDP 时会触发 CPU 降频。Skylark 支持当功耗超过预设的 TDP 阈值（即出现 TDP 热点）时，通过对低优先级虚拟机的 CPU 带宽进行限制，以此达到降低整机功耗的同时保障高优先级虚拟机 QoS。

Skylark 初始化时，根据配置Skylark中相关配置值，设置功耗干扰控制属性。在每个控制周期，综合分析主机信息和控制属性，判断是否出现 TDP 热点。如果出现热点，进一步根据虚拟机信息分析出需要对哪些低优先级虚拟机进行 CPU 带宽的限制。

59.2.3 LLC/MB干扰控制

Skylark 支持对低优先级虚拟机的 LLC 和内存带宽进行限制，当前仅支持静态分配。Skylark 通过操作系统提供的/sys/fs/resctrl接口来限制低优先级虚拟机的 LLC 和内存带宽。

Skylark 在/sys/fs/resctrl目录下建立low_prio_machine文件夹，并将低优先级虚拟机的 pid 写入/sys/fs/resctrl/low_prio_machine/tasks文件中。
Skylark 根据配置Skylark章节中 LLC/MB 相关配置项对低优先级虚拟机的 LLC ways 和内存带宽进行分配，配置项写入/sys/fs/resctrl/low_prio_machine/schemata文件中。