[发明专利]多虚拟机系统中一种主动共享的内存超量分配方法

说明书

本发明涉及一种虚拟化系统主动共享的内存超量分配方法。目前的虚拟化系统为了满足客户虚拟机的峰值性能，对内存常采用过量分配策略，易造成低负载下内存资源的浪费。本发明方法包含三部分的内容：基于平铺记录法和差量链表记录法的客户虚拟机内存页面标记方法、基于虚拟通道的主动内存共享方法和基于上述两个方法的多虚拟机内存超量分配方法。通过本发明提供的虚拟化系统主动共享的内存超量分配方法，可以在系统内存高度竞争的情况下有效缓解系统资源的竞争程度，显著提高整个多租户云计算环境下客户虚拟机系统的性能和服务质量。

技术领域

本发明涉及虚拟化计算机系统中内存资源管理与分配的实现方法，尤其是大规模部署虚拟化技术的弹性云计算系统，如互联网数据中心及多租户云计算环境中虚拟机间内存资源的管理分配方法。

背景技术

在多虚拟机(Virtual Machine, VM)系统中，多个虚拟机共享同一个物理机(Physical Machine, PM)的硬件资源，如处理器、内存、磁盘和网络设备。随着虚拟机数量的增加，硬件资源总体上可能处于过量分配状态。而在多租户云计算环境下，由于不同虚拟机的负载高峰时间可能不同，为了承载最大的客户虚拟机，物理硬件资源的过量分配情况可能进一步加剧。然而，客户虚拟机负载的不可预测性，使得静态的资源分配方式无法适应于动态的变化的负载。因此，为了保证各个客户虚拟机的性能和服务质量，虚拟机监控器必须根据不断变化的外部负载为各个客户虚拟机动态地分配资源。

处理器的分时特性使其在虚拟化系统中成为最高效的组件，而磁盘由于其独占性，成为无法虚拟化的资源。而内存的计算性能介于磁盘和处理器之间，同时由于其线性特性，特别适合于虚拟化。因此，作为虚拟化计算系统的关键资源，内存资源分配的好坏决定了整个虚拟化计算系统的性能优劣。

但是，由于现有的虚拟化平台中内存管理的方式无法在物理机上分辨客户机内部内存页面的具体状态，客户机内存页面仅以被访问的频率和内容上的重复性的形式被物理机所感知，可能出现一些不合理的情况，各种现有的内存超量使用策略也都存在一定的局限和缺陷，存在内存资源浪费、回收不及时等问题，影响了整个虚拟化系统的性能。

发明内容

由于当前的虚拟机监控器软件无法识别其上层客户虚拟机的内存使用状态，不管其实际内存页面的具体状态，虚拟机监控器仅仅根据客户机内存页面被访问的频率和内容上的重复性的形式进行分配，无法最大化整个计算机系统的最佳效能。因此，本发明基于客户虚拟机的主动共享，将客户虚拟机不使用的内存及时回收，并可分配给需要内存资源的其它虚拟机，最终提高虚拟化系统的性能和服务质量。

该发明包含三部分的内容：基于平铺记录法和差量链表记录法的客户虚拟机内存页面标记方法、基于虚拟通道(Virtual Channel,VC)的主动内存共享方法和基于上述两个方法的多虚拟机内存超量分配方法。

（1）基于平铺记录法和差量链表记录法的客户虚拟机内存页面标记方法

针对已有的虚拟机监控器不考虑具体客户虚拟机内存使用状态的特点，本发明提出了分别基于平铺记录法和差量链表记录法的客户虚拟机内存页面使用状态标记方法，用来标记客户虚拟机的内存页面的使用状态。识别客户虚拟机的内存页面的使用状态，是进行内存主动共享的前提。

（2）基于虚拟通道的主动内存共享方法

虚拟通道用来发送和处理客户虚拟机和虚拟机监控器之间的通信数据的双向管道，其使用异步通信机制完成从虚拟机监控器到客户虚拟机的指令与数据通信。通过开辟单独的共享内存区域，通信发起端(即Offer端)打开虚拟通道，虚拟通道由其端口号表示，而通信接收端(即Receiver端)通过端口号和远端域ID来连接这个虚拟通道。Offer端进程初始化的同时，虚拟通道的端口号被写进共享内存页，这样Receiver端就可以读到端口号，并连接到虚拟通道，进行数据通信。虚拟通道为进行内存超量分配提供了执行通道和桥梁。

（3）多虚拟机间内存超量分配方法