崔廣章 杜程 劉睿

摘 要：研究旨在通過修改Collectd源碼來驗證其現(xiàn)有的內(nèi)存監(jiān)控項目數(shù)據(jù)的準確性，完善內(nèi)存相關(guān)監(jiān)控項。文章首先將Collectd進行部署，觀察其對KVM虛擬機內(nèi)存監(jiān)控的效果，然后通過對KVM虛擬機內(nèi)存監(jiān)控的源碼分析，驗證監(jiān)控圖上展示的相關(guān)內(nèi)存監(jiān)控項目的數(shù)據(jù)準確性，并根據(jù)其結(jié)果決定修改源碼來完善相關(guān)內(nèi)存監(jiān)控項的可行性。通過文中的分析得出結(jié)論：只有在Libvirt對KVM虛擬機內(nèi)存監(jiān)控相關(guān)功能進行API優(yōu)化之后，Collectd對KVM虛擬機的內(nèi)存監(jiān)控才能夠得到完善。從而為不用在KVM虛擬機里安裝任何東西的情況下實現(xiàn)對其內(nèi)存的監(jiān)控找到了一種切實可行的方法。

關(guān)鍵詞：Collectd；KVM；內(nèi)存監(jiān)控；準確性

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）05-00-05

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，各種云計算平臺也應(yīng)運而生。國外有AbiCloud、Hadoop（Apache基金會）、Eucalyptus 項目（加利福尼亞大學）、MongoDB（10gen）、Enomalism彈性計算平臺等，國內(nèi)有阿里巴巴的阿里云、中國移動的BigCloude-大云平臺、盛大云等。虛擬化是云計算平臺的基礎(chǔ)，虛擬機的穩(wěn)定性直接影響到云計算平臺的性能，這就迫切需要一套能夠?qū)μ摂M機進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)。但是，目前還沒有一套針對該問題成熟的監(jiān)控系統(tǒng)方案，本文用Collectd對KVM（Kernel-based Virtual Machine，KVM）虛擬機進行監(jiān)控。

1 Collectd對KVM虛擬機監(jiān)控的測試

1.1 關(guān)于Collectd

Collectd是一個守護（daemon）進程，通過調(diào)用Libvirt-API來周期性地收集系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，然后以一定的格式（比如以RRD形式）將數(shù)據(jù)進行存儲，這些數(shù)據(jù)可以用來找到當前系統(tǒng)性能的瓶頸。

Libvirt是一套免費、開源的支持Linux主流虛擬化工具的C函數(shù)庫，其旨在為包括Xen在內(nèi)的各種虛擬化工具提供一套方便、可靠的編程接口，支持與C、C++、Ruby、Python等多種主流開發(fā)語言的綁定。當前主流Linux平臺上默認的虛擬化管理工具virt-manager（圖形化）、virt-install（命令行模式）等均基于Libvirt開發(fā)而成。Libvirt庫是一種實現(xiàn)Linux虛擬化功能的Linux? API，它支持各種虛擬機監(jiān)控程序，包括Xen和KVM以及QEMU和用于其他操作系統(tǒng)的一些虛擬產(chǎn)品。Collectd通過Libvirt監(jiān)控虛擬機的原理圖如圖1所示。

圖1 Collectd通過Libvirt監(jiān)控虛擬機原理圖

通過Collectd對KVM虛擬機進行監(jiān)控的優(yōu)勢是：首先，Collectd只需要安裝在宿主機（Host）的底層，不必在虛擬機內(nèi)部安裝代理（Agent），這樣就避免了監(jiān)控程序?qū)μ摂M機的污染，使監(jiān)測到的虛擬機的各項數(shù)據(jù)更加精確；其次，由于監(jiān)控程序是安裝在宿主機的底層，用戶（虛擬機的使用者）沒有權(quán)限來關(guān)閉該監(jiān)控程序，這樣就避免了用戶將監(jiān)控程序關(guān)閉而造成的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控不到虛擬機問題的發(fā)生。

1.2 測試環(huán)境

本文通過兩臺DELL服務(wù)器部署Collectd進行測試，一臺服務(wù)器上部署Collectd計算節(jié)點，另一臺服務(wù)器部署Collectd控制節(jié)點。部署計算節(jié)點的服務(wù)器同時安裝KVM，并通過KVM在該服務(wù)器上創(chuàng)建10臺虛擬機。測試環(huán)境的詳細說明如表1所列。

控制節(jié)點與計算節(jié)點配置文件如表2所列。

表2 配置文件詳解

IP 節(jié)點類型 關(guān)鍵配置項

10.10.10.20 計算節(jié)點 Hostname "compute1"

FQDNLookup true

Interval 10

Timeout 2

ReadThreads 5

LoadPlugin logfile

LoadPlugin syslog

LogLevel info

LoadPlugin cpu

LoadPlugin disk

LoadPlugin libvirt

LoadPlugin load

LoadPlugin memory

LoadPlugin network

LoadPlugin ping

LoadPlugin swap

PrintSeverity false

value_t values[1]； //創(chuàng)建只有一個元素的value_t結(jié)構(gòu)體數(shù)組

value_list_t vl = VALUE_LIST_INIT； //創(chuàng)建并初始化一個value_list_t鏈表

init_value_list （&vl， dom）； 用虛擬機dom給鏈表vl賦值

values[0].gauge = memory； //用內(nèi)存memory給結(jié)構(gòu)體數(shù)組values的0號元素的gauge賦值

vl.values = values； //用結(jié)構(gòu)體數(shù)組給鏈表vl的values賦值

vl.values_len = 1； //給鏈表vl的values_len賦值為1

sstrncpy （vl.type， “memory”， sizeof （vl.type））； //表明監(jiān)控指標類型為內(nèi)存

//表明監(jiān)控指標為tags指明的監(jiān)控項

sstrncpy （vl.type_instance， tags[tag_index]， sizeof （vl.type_instance））；

plugin_dispatch_values （&vl）； //將vl的數(shù)據(jù)傳給系統(tǒng)

}

場景函數(shù)詳解如下：

for （i = 0； i < nr_domains； ++i） {

virDomainInfo info；//定義一個虛擬機信息結(jié)構(gòu)體

virVcpuInfoPtr vinfo = NULL；

virDomainMemoryStatPtr minfo = NULL；//定義一個虛擬機內(nèi)存結(jié)構(gòu)體指針

int status；

int j；

//調(diào)用virDomainGetInfo（virDomainPtr domain， virDomainInfoPtr info）給info賦值

status = virDomainGetInfo （domains[i]， &info）；

……

cpu_submit （info.cpuTime， domains[i]， “virt_cpu_total”）；

//將虛擬機地址以及虛擬機的總內(nèi)存信息傳給memory_submit （gauge_t memory（內(nèi)存值）， virDomainPtr dom（虛擬機地址））

memory_submit （（gauge_t） info.memory * 1024， domains[i]）；

vinfo = malloc （info.nrVirtCpu * sizeof （vinfo[0]））；

……

//給虛擬機內(nèi)存狀態(tài)結(jié)構(gòu)體指針minfo分配內(nèi)存

minfo = malloc （VIR_DOMAIN_MEMORY_STAT_NR * sizeof （virDomainMemoryStatStruct））；

if （minfo == NULL） {

ERROR （“virt plugin： malloc failed.”）；

continue；

}

//調(diào)用函數(shù)virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats，

unsigned int nr_stats， unsigned int flags）來給虛擬機內(nèi)存狀態(tài)指針minfo賦值并返回對應(yīng)的內(nèi)存狀態(tài)個數(shù)

status =virDomainMemoryStats （domains[i]， minfo， VIR_DOMAIN_MEMORY_STAT_NR， 0）；for （j = 0； j < status； j++） {

//將從函數(shù)virDomainMemoryStats（…）得到的狀態(tài)標簽及對應(yīng)的內(nèi)存值傳給函數(shù)memory_stats_submit（…）

memory_stats_submit （（gauge_t） minfo[j].val * 1024， domains[i]， minfo[j].tag）；

}

sfree （minfo）；

}

虛擬機信息結(jié)構(gòu)體詳解如下所示：

struct virDomainInfo {

unsigned charstate；//虛擬機的運行狀態(tài)

unsigned longmaxMem；//虛擬機的最大內(nèi)存

unsigned longmemory；//虛擬機的已用內(nèi)存

unsigned shortnrVirtCpu；//虛擬機的虛擬CPU個數(shù)

unsigned long longcpuTime；//虛擬機的納秒級時間片

}

虛擬機內(nèi)存狀態(tài)結(jié)構(gòu)體及結(jié)構(gòu)體指針詳解如下：

typedef virDomainMemoryStatStruct * virDomainMemoryStatPtr

struct virDomainMemoryStatStruct {

int tag；//內(nèi)存項標簽

unsigned long long val；//對應(yīng)tag的內(nèi)存值

}

虛擬機內(nèi)存狀態(tài)函數(shù)詳解如下：

int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom（虛擬機指針），

virDomainMemoryStatPtr stats（虛擬機內(nèi)存狀態(tài)指針），

unsigned int nr_stats（虛擬機狀態(tài)數(shù)），

unsigned int flags（官方推薦填0））

nr_stats個虛擬機內(nèi)存狀態(tài)會被對應(yīng)的虛擬機賦值，但該函數(shù)只返回目前Libvirt版本支持的數(shù)據(jù)。

2.2 內(nèi)存監(jiān)控源碼優(yōu)化

由對源碼的分析可知，在collectd/src/virt.c的源碼中，對內(nèi)存（總內(nèi)存除外）進行監(jiān)控的關(guān)鍵函數(shù)見表3所列。

表3 內(nèi)存監(jiān)控關(guān)鍵函數(shù)詳解

函數(shù)原形 函數(shù)作用

Int virDomainGetInfo（virDomainPtr domain， virDomainInfoPtr info） 用指定的虛擬機給虛擬機信息結(jié)構(gòu)體指針賦值，從而得到虛擬機的總內(nèi)存

Static void memory_submit （gauge_t memory（內(nèi)存值）， virDomainPtr dom（虛擬機地址）） 將由函數(shù)Int virDomainGetInfo（…）得到的虛擬機總內(nèi)存及對應(yīng)虛擬機傳遞給系統(tǒng)（Collectd）

Int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats，

unsigned int nr_stats， unsigned int flags） 用虛擬機指針對應(yīng)的虛擬機給虛擬機內(nèi)存狀態(tài)結(jié)構(gòu)體指針對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體賦值，并返回對應(yīng)虛擬機的內(nèi)存狀態(tài)個數(shù)

static void memory_stats_submit （gauge_t memory， virDomainPtr dom， int tag_index）

將調(diào)用函數(shù)Int virDomainMemoryStats（…）得到的函數(shù)虛擬機內(nèi)存項目標簽及對應(yīng)的內(nèi)存值傳遞給系統(tǒng)（Collectd）

基于相關(guān)源碼分析，結(jié)合優(yōu)化目標，通過如下步驟進行優(yōu)化：

（1） 對collectd/src/virt.c中調(diào)用Lbvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)返回了幾個tag及判斷tag對應(yīng)的內(nèi)存鍵控制是否正確；

（2） 在步驟（1）得到解決的前提下，本文再通過在collectd/src/virt.c中加入想要監(jiān)控和展示的相關(guān)內(nèi)存項的代碼來實現(xiàn)增加相關(guān)監(jiān)控項的優(yōu)化目標。

通過在表5場景函數(shù)詳解中增加打印函數(shù)將調(diào)用Libvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)返回的tag值并將對應(yīng)的內(nèi)存值打印出來，具體修改如下：

for （i = 0； i < nr_domains； ++i） {

virDomainInfo info；

virVcpuInfoPtr vinfo = NULL；

virDomainMemoryStatPtr minfo = NULL；

int status；

int j；

status = virDomainGetInfo （domains[i]， &info）；

……

status =virDomainMemoryStats （domains[i]， minfo， VIR_DOMAIN_MEMORY_STAT_NR， 0）；

if （status < 0） {

ERROR （“virt plugin： virDomainMemoryStats failed with status %i.”， status）；

sfree （minfo）；

continue；

}

//在下面的for循環(huán)中添加文件打印函數(shù)來調(diào)用Libvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)返回的tag值并將對應(yīng)的內(nèi)存值打印出來

for （j = 0； j < status； j++） {

FILE *fp；//定義一個文件描述符

fp=fopen（“/root/test.txt”，”a”）；//在/root下打開一個可進行內(nèi)容追加的test.txt文件

//將tag及對應(yīng)內(nèi)存值寫入test.txt文件

fprintf（fp，”tag：%d＼t的memory值：%d＼n”，minfo[j].tag，minfo[j].val）；

fclose（fp）；//將打開的文件關(guān)閉

memory_stats_submit （（gauge_t） minfo[j].val * 1024， domains[i]， minfo[j].tag）；

}

sfree （minfo）；

}

除了添加數(shù)值打印函數(shù)外，還要在collectd/src/virt.c的頭文件中添加：#include 和 #include，然后將修改的源碼保存，對修改過的Collectd源碼包進行編譯安裝，安裝完成之后，將Collectd監(jiān)控程序啟動后在/root目錄下生成test.txt文件，對test.txt進行查看的結(jié)果如圖3所示。

圖3 打印輸出的tag值及對應(yīng)的內(nèi)存值

圖3只是截取了test.txt中的一部分，因為tag：0、tag：7、tag：6是一個循環(huán)，本文所示的圖3中只截取了眾多循環(huán)當中的5個循環(huán)。

分析圖3可知，調(diào)用Libvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)返回的tag值只有0、7、6這三個，傳遞給函數(shù)static void memory_stats_submit （gauge_t memory， virDomainPtr dom， int tag_index）對應(yīng)的tag是swap_in、rss、actual_balloon，與虛擬機內(nèi)存監(jiān)控圖上列出的一致，但是這三個tag值對應(yīng)的內(nèi)存值一直不變，這是虛擬機內(nèi)存監(jiān)控圖上相關(guān)監(jiān)控項目一直是直線的根本原因。

3 結(jié) 語

根據(jù)內(nèi)存監(jiān)控源碼優(yōu)化的分析，得出如下結(jié)果：

（1）內(nèi)存監(jiān)控圖上的相關(guān)曲線之所以一直是直線，是因為調(diào)用Libvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)取出的值都是一直不變的，并非因為圖形展示或其他原因造成的；

（2）調(diào)用Libvirt-API的int virDomainMemoryStats （virDomainPtr dom， virDomainMemoryStatPtr stats， unsigned int nr_stats， unsigned int flags）函數(shù)得到的tag值只有0、7、6三個而且都已經(jīng)在內(nèi)存監(jiān)控圖上得到展示，所以目前無法修改源碼添加其他內(nèi)存監(jiān)控項。

通過以上分析，本文得出結(jié)論：在Libvirt對KVM虛擬機內(nèi)存監(jiān)控的相關(guān)API功能得到實現(xiàn)與優(yōu)化之后，Collectd對KVM虛擬機的內(nèi)存監(jiān)控項目就能補全，監(jiān)控結(jié)果的準確性就能得到保障。也就是說本文為不用在KVM虛擬機里安裝任何東西的情況下實現(xiàn)對其內(nèi)存進行監(jiān)控找到了一種切實可行的方法。

參考文獻

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