ドメインのスケジューリング【前編】：仮想マシンモニタ Xen 3.0解読室（2/2 ページ）

[高橋浩和（VA Linux Systems Japan），ITmedia]

仮想CPUの状態遷移

　仮想CPUの状態は大きく分けて2種類あります。いつでも実行可能な状態にあるものと、そうでないものです。実行可能な状態にある仮想CPUの中の、幾つかが実CPUに割り付けられ、実際にドメインの実行を行います。このように、実CPUに割り当てられたドメインを実行状態にあるといいます（図2）。また、実行可能な状態で、実CPUに割り付けられていないものを実行可能状態といいます。

図2　仮想CPUの状態遷移

　さらに、実行可能でない状態には2種類あります。1つは待機状態で、ドメインに実行すべき処理がなく、仮想CPUがアイドル状態になっているときです。そのドメインに対して何らかの事象が発生*すると、直ちに実行可能な状態に遷移することになります。もう1つは中断状態で、強制的に実行を停止させられている状態です。ドメイン0上の管理コマンドの指示によってこの状態に遷移します。

　仮想CPUは、これら2つの状態を同時に持つことが可能です。待機状態で、かつ中断状態という状態があり得るからです。何らかの事象を待っている状態（待機状態）で、強制的に実行を中断されると、この状態になります。

ドメインスケジューラのコードをのぞいてみよう

　ではさっそく、ドメインスケジューラ本体のコードを読んでみましょう（リスト1）。ドメインスケジューラは、それぞれの実CPU上で独立して動作します。ドメインスケジューラの仕事は、どのドメイン（仮想CPU）に実行権を与えるか判断を下し、ドメインディスパッチャを呼び出すことです。

編集部注：リスト1には多くの注釈線が含まれているため、画像として用意しました。上記アイコンをクリックいただくことでご覧いただけます

　ドメインスケジューラは、現在実行可能状態である仮想CPUから、最も実行に適するものを選び出すアルゴリズムとして、前述の2種類をXenでは用意しています。Xenの標準スケジューラで利用されているsedfアルゴリズム*を利用して（A4）、次に走行すべき仮想CPUの選択を行います（A6）。選択した仮想CPUは、ドメインスケジューラが動作している実CPU用のスケジューリング用データ構造に対して、次に走行する仮想CPUとして登録しておきます（A7）。

　新しい仮想CPUに切り替える前に、幾つか行っておくべき仕事があります。1つは再スケジューリングの準備であり、もう1つはドメインの時刻の調整です。

　再スケジューリングの準備としては、次回ドメインスケジューラを起動すべき予定時刻をタイマーに設定しておきます*（A9）。このタイマーは再スケジューリング専用のタイマーで、次に動作する仮想CPUの実行権が切れるときに、本関数（__enter_scheduler関数）をソフト割り込みハンドラとして呼び出します。その結果、再スケジューリングが行われます。

　ドメインの時刻調整も考慮する必要があります。仮想CPUを時分割で動作させているため、仮想CPUの実行が中断している間にも、実時間はどんどん進んでいきます。仮想CPUが実行権を得て動作を開始するときに、仮想CPUの時刻と実際の時刻のずれを調整しなければなりません。

　これから実行権を与えられる仮想CPUがアイドルドメインでなければ（A17）、仮想CPUの時刻調整を行い（A18）ます。また、これから動作する仮想CPUが停止しているうちにXenの時計が進んでいる場合は、仮想CPUに対して仮想タイマー割り込みを発生させます*（A20）。

　A16では、仮想CPUの実行を中断するときに、その中断時刻を記録しています。こうすることで、次に実行を開始したとき、Xenの時計とずれが生じているかどうかを判断できます（A19）。

　切り替える仮想CPUの用意が整ったら、最後にドメインディスパッチャ（context_switch関数）を呼び出して、仮想CPUのコンテキストを切り替えます（A21）。もし仮想CPUの切り替えが発生しないならば（A10）、ドメインディスパッチャを呼び出さずに、Xenの出口処理に制御を移します（A12）。

　なお、これらドメインスケジューラが利用するデータ構造は、スピンロックで守られています（A1、A11、A15）。ドメインスケジューラは、それぞれの実CPU上で独立して動作できるよう、スケジューリングに必要なデータ構造（schedule_data配列）とスピンロックを、それぞれの実CPUごとに用意しています。この後、リスト2のコードで、指定された仮想CPUをランキューに入れます。

　スケジューリングの主要な処理は以上です。最後に、ドメインスケジューリング関係の重要な関数をまとめておきましょう（表1）。

関数名	説明
__enter_scheduler()	ドメインスケジューラ本体
do_yield()	再スケジューリング依頼
do_block()	カレントの仮想CPUを待機状態に遷移
vcpu_unblock()	仮想CPUの起床
context_switch()	仮想CPUの切り替え
vcpu_pause()	仮想CPUの実行中断
vcpu_unpause()	仮想CPUの実行中断を解除
domain_pause()	ドメインの実行中断。そのドメインに属する仮想CPUすべての実行を中断する
domain_unpause()	ドメインの実行中断を解除。そのドメインに属する仮想CPUすべての実行中断を解除する
vcpu_runnable()	指定した仮想CPUが実行可能状態にあるかどうかを調べる

表1　ドメインスケジューリング関係の重要な関数

このページで出てきた専門用語

そのドメインに対して何らかの事象が発生

事象の通知には割り込みが使われる。

sedfアルゴリズム

sedfアルゴリズムについては、次回詳しく説明する。

次回ドメインスケジューラを起動すべき予定時刻をタイマーに設定しておきます

もちろん古いタイマーが登録されていれば、停止しておく必要もある（A2）。

仮想CPUに対して仮想タイマー割り込みを発生させます

これら機能に関しては、時計の回に詳しく触れることにする。

本記事は、オープンソースマガジン2006年6月号「仮想マシンモニタ Xen 3.0解読室」を再構成したものです。