[发明专利]一种适用于虚拟化平台的内存节能系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机系统结构虚拟化环境下内存技术领域，更具体地，涉及一种适用于虚拟化平台的内存节能系统和方法。

背景技术

随着IT基础设施的规模日益增大，能耗问题越来越严峻。绿色计算已经是计算机工业界和学术界的研究重点。在大型数据中心中，内存能耗如今已经占据相当大的一部分，尤其是对于装备大物理内存的用于大规模数据处理和虚拟机租赁服务的物理机集群，内存能耗已经超越CPU能耗，成为能耗的主要产出者。因此减少内存的能耗是降低数据中心整体能耗的一个非常关键的部分。

在大型数据中心中，虚拟化技术以其在IT基础设施资源管理的高效性和可扩展性方面的优势被广泛使用。PC的物理资源不再被单个操作系统直接管理，而是通过虚拟机管理器（Virtual Machine Monitor，简称VMM）来管理，VMM可以创建多个虚拟机，让不同类型的操作系统运行其上，从而大大提高了物理资源的利用率。

现有的物理内存芯片厂商已经为内存节能提供了物理支持。一块物理内存通常可以分为多个小的可控单元，称为最小控制单元，每个最小控制单元有多个运行状态，其中就包括低能耗状态。当最小控制单元处理正常的读写状态是能耗很高，但是通过一条指令使其变为低能耗状态时，该物理最小控制单元不能被访问，但是内存的数据并没有丢失，同时内存的能耗大大降低。因此内存节能的核心就是让尽量多的最小可控单元设置为低能耗状态，降低整体的能耗。

当前关于内存节能的研究大多关注于传统操作系统。虚拟机环境下的内存节能研究较少。在虚拟机运行时，任何时刻一个处理器上面最多只有一个虚拟机在运行，因此只有部分运行的虚拟机的物理内存需要处于正常的读写状态，其它未被访问的物理最小可控单元可以转为低能耗状态。虚拟机的物理内存越分散，运行该虚拟机时需要处于正常状态的最小可控单元越多，因此能耗也越大。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于虚拟化平台的内存节能系统，旨在解决现有虚拟化环境下物理内存能耗过大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于虚拟化平台的内存节能系统，包括内存状态调节模块、内存访问集管理模块、内存分配模块以及上层控制模块，内存状态调节模块用于为上层控制模块提供应用程序接口，并管理物理机中最小可控单元的状态查询和调节，内存分配模块用于采用基于内存访问集的动态扩展算法为虚拟机分配和回收内存，内存访问集管理模用于在内存分配模块分配和回收内存以后，为虚拟机设置内存访问集以保存虚拟机内存的分布信息，并管理该内存访问集，上层控制模块用于为VMM上层的虚拟机提供接口，以查询VMM的内部状态，并对整个内存节能系统进行调试。

内存访问集的信息包括虚拟机内存占用的最小可控单元序列号、最小可控单元中物理页的数目以及处于正常状态的维持时间。

内存访问集的管理主要是通过截获VMM中与内存相关的关键函数来实现，关键函数包括有内存分配函数、回收函数以及映射函数。

上层控制模块具体是在VMM内核中建立一片缓冲区，将虚拟机内存的分部区域、最小可控单元的状态、最小可控单元能耗消耗状态信息以规定的格式写入到该缓冲区，在VMM上层的虚拟机中实现了一个读取该缓冲区的驱动，用来读取该缓冲区的内存，供上层的分析工具进行数据的分析和调试。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明的系统具有以下的优点和技术效果：

1，由于采用了内存访问集管理模块和内存状态调节模块，使得虚拟化环境下每个处理器上面只有一个虚拟机的内存访问集中的最小可控单元处于正常读写状态，从而减少了系统的物理内存能耗；

2、由于采用了内存分配模块，通过更加简单的数据结构来组织虚拟机的物理内存，从而提高了内存操作的性能。新的内存分配算法使得虚拟机物理内存占用的最小可控单元比传统环境下大大减少，从而进一步的减少了系统的物理内存能耗。

本发明的另一目的在于提供一种适用于虚拟化平台的内存节能方法，旨在现有解决虚拟化环境下物理内存能耗过大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于虚拟化平台的内存节能方法，包括以下步骤：

（1）内存分配模块接收用户的虚拟机创建请求；

（2）内存分配模块根据虚拟机创建请求创建内存大小为N个物理页的虚拟机，其中N为正整数；

（3）内存访问集管理模块获取步骤（2）中创建的虚拟机ID，将该虚拟机的内存访问集加入到内部管理内存访问集的数据结构中，然后切换到VMM的虚拟机调度器；