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仮想マシンのプロセススケジューリングを考える

仮想マシンのスケジューリングの重要性

　近年、サーバの利用率を向上させるために、仮想マシンを用いて複数のサーバを1台のマシンに統合することが多くなっています。Xenのような仮想化技術では、それぞれのマシンのスケジューリングを「仮想マシンモニタ（ハイパーバイザ：VMM）」を使って行うのが一般的ですが、仮想マシンモニタによる仮想マシンスケジューリングは、仮想化されたシステム全体のパフォーマンスの特性に大きな影響を与えます。このように、仮想マシンのスケジューリングについて知ることは、サーバ統合において重要なことであるといえます。

Xenのドメインスケジューラ 2種類のスケジューリングポリシー

　現在のXenで利用可能なドメインスケジューラは、sedfとcreditです。古いバージョン（Xen 3.0.2まで）では、bvtというスケジューラも利用可能でした。これら3つのスケジューラについて説明します。

bvt、sedfスケジューラはSMP環境でスケールしない

　borrowed virtual time（bvt）スケジューラは、現在のバージョンのXenではサポートしていません。bvtは、ドメインごとに最小時間が決められていて、その間はドメインは割り込まれずに実行することが保証されます。

　Simple Early Deadline First（sedf）スケジューラでは、ドメインごとに周期とタイムスライスが割り当てられ、この周期ごとにタイムスライスだけCPUを使うことができます。

　これら2つのスケジューラには、SMP（Symmetric Multi Processing：対称型マルチプロセッシング）環境でスケーラビリティ（拡張性）に欠けるという欠点があります。具体的には、物理CPUが複数ある環境で、CPU間で自動でロードバランスすることができません。

　このような問題を解決するために、次で述べるcreditスケジューラが開発されました。creditスケジューラでは、物理CPUごとにランキュー（プロセスの実行待ちリスト）が存在し、ランキュー間のロードバランスを自動で行ってくれます。

creditスケジューラ

　現在のXen仮想マシンモニタでは、ドメインスケジューラとしてcreditスケジューラを用いています。creditスケジューラでは、各ドメインにcreditという数が割り当てられます。そして、このcreditの値に比例して、CPU時間が公平に割り当てられます。2つのドメインに同じ数が割り当てられた場合には、同じCPU時間が割り当てられることになります。

　各物理CPUは1つのランキューを持ち、そのランキュー上で仮想CPUが実行を待ちます。仮想CPUは、UNDERとOVERという2つの状態のいずれかになります。UNDERは、仮想CPUが割り当てられたcreditを使い果たしていない状態を表し、OVERは、仮想CPUが割り当てられたcreditを使い果たしてしまった状態を表します。

　ドメインのcreditは、現在実行中の仮想CPUから10ミリ秒の割り込みごとに、一定量ずつ引かれていきます。もし、すべてのドメインのcreditが0になったら、その時点ですべてのドメインのcreditがリセットされます。

　仮想CPUの実行が選択されるとき、必ずUNDER状態の仮想CPUがOVER状態の仮想CPUよりも優先されます。creditを使い切った仮想CPUは、UNDER状態の仮想CPUが存在しないときのみ実行されます。これによって、公平にCPUを使った場合CPUがアイドルになってしまうことを防ぎ、CPU時間をより効率的に使うことができます。

　Xenのcreditスケジューラでは、creditの配分をweightというパラメータで設定します。つまり、weightは相対的なCPUの割り当て時間を表すことになります。ここでは具体的な例として、ドメインAのweightの値が512で、ドメインBのweightの値が256である場合を考えます。

　この場合、2つのドメインがCPUを使おうとした場合には、ドメインAはドメインBの2倍のCPU時間を割り当てられます。

　weightの値は、1から最大65535までの値を設定することができます。指定しない場合、デフォルトの値である256が設定されます。

　さらに、CAPというパラメータを使うことで、CPUがアイドルになったとしても、ドメインが使うCPU時間の上限を設定することも可能です。CAPは、物理CPUを100としたときの割合を表します。例えば、100ならば物理CPU1つ分、50なら物理CPU半分、400なら物理CPU4つ分を表します。この値はデフォルトでは0になっていて、上限がないことを表しています。

　次ページからは具体的なcreditスケジューラの利用方法を紹介していきます。

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Index
仮想マシンのプロセススケジューリングを考える
	Page 1 ・仮想マシンのスケジューリングの重要性 ・bvt、sedfスケジューラはSMP環境でスケールしない ・creditスケジューラ
	Page 2 ・creditスケジューラの利用方法
	Page 3 ・仮想マシンモニタによるプロセススケジューリング

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