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        Collectd對KVM虛擬機內(nèi)存監(jiān)控的測試與優(yōu)化

        2016-05-31 17:50:43崔廣章杜程劉睿
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:準確性

        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

        [1]湯儒,李秦偉.Openstack云環(huán)境中KVM虛擬機性能分析[J].微型機與應(yīng)用,2013,32(23):94-96,100.

        [2]鄧文洋.虛擬化環(huán)境下的多機內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].北京:首都師范大學,2013.

        [3]杜煒.KVM客戶機主動共享的內(nèi)存超量使用策略研究[D].杭州:杭州電子科技大學,2013.

        [4]時衛(wèi)東.基于內(nèi)核的虛擬機的研究[D].長春:吉林大學,2011.

        [5]王春光.虛擬操作系統(tǒng)行為監(jiān)控技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].長沙:國防科學技術(shù)大學,2009.

        [6] libvirt部分API介紹[EB/OL].2015.06, http://www.bubuko.com/infodetail-903462.html

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