[发明专利]在虚拟环境下基于物理内存的内存优化方法和装置

说明书

技术领域

本申请涉及通信系统，尤其涉及在虚拟环境下基于物理内存的内存优化方法和装置。

背景技术

内存优化对于传统的“IP网络转发”是非常重要的，其与特定的硬件关系密切。应用程序的开发者需要感知物理内存的硬件配置、分布及特性，从而基于例如物理内存的channel数目，rank数目等参数优化应用程序。内存优化能够极大地提高应用的性能。

在虚拟化的云环境下，应用程序运行于虚拟机(virtual machine，VM)中的客户操作系统(Guest OS)之上。真正的物理内存对于Guest OS来说是不可见的。应用程序仅能够访问由虚拟机监视器(virtual machine monitor，VMM)虚拟出来的虚拟物理内存。

当虚拟机中的应用程序访问内存时，首先由Guest OS将虚拟内存映射成虚拟物理内存，然后由VMM将虚拟物理内存再次映射到真正的物理内存。由于物理内存对于Guest OS是不可见的，因此在Guest OS中的内存优化是针对虚拟物理内存的，而经由VMM再次映射后，所有的内存优化(如连续内存分配，内存channel，rank优化，NUMA管理)将可能失效。例如，虚拟机中连续的内存分配，在映射后可能变成不连续的，使得程序运行效率低下。

此外，在虚拟化的云环境里，当虚拟机进行离线迁移时，宿主机(host machine)的物理内存的格局有可能发生变化，比如由NUMA转到非NUMA的架构，在此情形下，可能会导致原先虚拟机中应用的内存优化失效。

发明内容

基于上述考量，本发明提出了一种在虚拟环境下基于物理内存的内存优化方案。

本发明的主要构思在于：在传统的VMM的内存映射之外，提供一种机制，使得在虚拟机中看到的是宿主机的真实物理内存架构及特性，从而使得在虚拟机中所做的内存优化是直接针对真实物理内存而非虚拟物理内存的。

在实现上，在虚拟机启动的时候，由VMM从宿主机的物理内存中为该虚拟机分配连续的宏大页面物理内存，并且这些内存是不被交换到硬盘上的(这在目前的虚拟机产品中已经实现)。同时，在VMM中实现一个代理服务器(MM_Agent_server)，负责向Guest OS中的代理客户端(MM_Agent_Client)提供API，以便Guest OS中的应用程序在运行优化过程中，查询底层物理内存的特性(包括这些内存的物理连接，配置特性等)。

对于虚拟机的离线迁移，在离线迁移的过程中，由MM_Agent_Server动态地检测当前宿主机的物理内存，并在虚拟机中的应用程序执行内存分配和优化时，将此物理内存信息传递给应用程序。

根据本发明的一个方面，提出了一种在虚拟机的应用程序中基于物理内存的内存优化方法，其中，所述方法包括以下步骤：发送第一请求消息至所述虚拟机的客户操作系统中的代理客户端，所述第一请求消息用于查询宿主机的物理内存特性；接收由所述代理客户端转发的来自虚拟机监视器中的代理服务器的第一响应消息，所述第一响应消息中包括所述宿主机的所述物理内存特性；根据所需内存大小，创建页表，并申请物理内存页；发送第二请求消息至所述代理客户端，所述第二请求消息用于查询本应用程序所申请到的所述物理内存页的相关信息；以及接收由所述代理客户端转发的来自所述代理服务器的第二响应消息，所述第二响应消息中包括本应用程序所申请到的所述物理内存页的相关信息。

有利的，所述方法还包括以下步骤：创建内存对象池，并基于所述宿主机的所述物理内存特性以及本应用程序所申请到的所述物理内存页的相关信息，进行内存优化。

有利的，所述宿主机的所述物理内存特性包括内存页大小，内存channel数以及内存rank数。

有利的，本应用程序所申请到的所述物理内存页的相关信息包括所述物理内存页的物理内存地址以及socket数。