ドメインのスケジューリング【後編】：仮想マシンモニタ Xen 3.0解読室（1/3 ページ）

引き続き、ドメインのスケジューリングの仕組みを見ていきます。今回は、Xen上のゲストOSとして動作するLinuxカーネルでは、プロセス切り替えをどのように実現しているのかを解説します。

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

ゲストOSとしてのLinuxカーネル

　Xenの準仮想化ドメインで動作するLinuxカーネルは、Xenと協調動作します。Linuxカーネルは、自身のコンテキスト操作を行うときハイパーバイザー呼び出しでXenに処理を依頼します。また、Linuxカーネルがアイドル状態になったときは、実行権の放棄をハイパーバイザー呼び出しでXenに伝えます。

Linuxプロセスのコンテキスト切り替え

　ドメイン内のゲストOSとして、Linuxカーネルが動作可能です。Linuxカーネルは、その上で動作する複数のプロセスを切り替えながら実行しますが、ネイティブのLinuxカーネルでは、CPUを直接操作してプロセスのコンテキストを切り替えています。では、Xen上のゲストOSとして動作するLinuxカーネルでは、プロセス切り替えをどのように実現しているのでしょうか？

　Xenの仮想マシン内で動作するゲストOSがプロセスの切り替えを実現するためには、仮想CPU上のコンテキストを入れ替える必要があります。ゲストOSとして動作するLinuxカーネルでは、ハイパーバイザー呼び出しを通して、Xenにこの切り替え処理を依頼します。

　ゲストOSとして動作するLinuxカーネルは、ネイティブなLinuxカーネルと同様、switch_to関数（リスト1）で浮動小数点演算レジスタ、カーネルスタック、I/Oポートへのアクセス権などを切り替えます。各処理は次のようになります。

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

• 浮動小数点レジスタの遅延切り替えの依頼（B1）
• カーネルスタックの切り替え（B2）。システムコール発行時、（仮想）割り込み発生時に利用するカーネルスタックの底を設定する
• スレッドごとの固有データ（Thread-Local Storage）にアクセスするため、ディスクリプタを切り替える（B3）
• I/Oポートへのアクセス権の設定（B4、B5）
• ハイパーバイザー呼び出し（B6）。複数の処理依頼をまとめて呼び出すためのマルチコールと呼ばれる仕組みを利用している。ここでは、B1〜B5の処理を1つにまとめて、Xenに対するハイパーバイザー呼び出しとしている
• セグメントレジスタの切り替え（B7）
• デバッグレジスタの切り替え（B8）。現在の実装では、一つ一つがハイパーバイザー呼び出しとなっている

　また、仮想空間の管理情報はswitch_mm関数で切り替えます。この情報はXenの管理下にあり、プロセス空間の操作であってもXenに操作を依頼する必要があります（図1）。これらについては、メモリ管理の回に詳しく説明します。

図1　ゲストOSとプロセスの空間