[发明专利]一种基于远程SSD的虚拟机内存扩展方法及系统

说明书

本发明提出一种基于远程SSD的虚拟机内存扩展方法及系统,涉及高性能虚拟化技术领域，该方法包括在虚拟化节点中创建并运行虚拟机，所述虚拟化节点在进行二级页表缺页处理时，首先在本地内存为虚拟机分配内存空间，当本地内存使用量达到设定的阈值后，将部分本地内存分页置换至远程SSD节点，所述虚拟化节点通过影子客户物理地址映射表维护所述部分本地内存分页至所述远程SSD节点的分布，所述远程SSD节点在接收到分页数据后首先存于所述远程SSD节点的本地内存，当所述远程SSD节点的本地内存使用量达到设定的阈值后，将所述部分内存分页置换至本地SSD存储。

技术领域

本发明涉及高性能虚拟化技术领域，特别涉及一种基于远程SSD的虚拟机内存扩展方法及系统。

背景技术

大规模科学计算、大型内存数据库、海量数据分析与挖掘等高端应用对内存容量的要求较高，“大内存”系统不仅能够满足此类应用的需求，且与分布式方案相比，单一内存地址空间的编程模型更加简单易用，能够降低用户的心智负担、提高生产力，但是，大内存系统是一种Scale-up的方案，受限于颗粒价格、插槽数量、容量密度等，大内存系统的售价较高、容量有限，当前商用服务器所主流采用的DDR(Double Data Rate)内存技术，其设计为带宽而优化但功耗较高；在当前的数据中心中，内存能耗占比可达25％～30％，传统的采用磁盘作为内存后备的Swap方式，受限于机械硬盘与内存的巨大性能差距，实际效果并不理想，难以满足大型应用的需求。

以InfiniBand、RoCE为代表的高性能网络技术发展迅速，当前主流的InfiniBandFDR网络的延迟可低至1微秒，而本地机械硬盘的访问延迟却在毫秒量级，性能上大幅落后于高性能网络，固态硬盘(Solid State Drive，SSD)采用了高速闪存颗粒阵列的结构，其并行度高、访问延迟低，性能相比传统机械硬盘有了显著提升；与传统SATA/SAS接口相比，基于PCIe的NVMe接口规范大幅简化了协议，进一步释放了SSD架构与NVM介质的性能潜力，目前，高端PCIe SSD的访问延迟可低至20微秒以内，随着TLC NAND以及3D NAND闪存技术的成熟与普及，SSD的成本将得到进一步的降低，而以3D XPoint技术为代表的新型存储介质将进一步提高SSD的性能、容量以及耐久度，与内存相比，SSD在容量、功耗、成本方面的优势明显，目前许多方案已经采用SSD作为内存扩展层或者磁盘加速层。

在现代数据中心中，不同的应用、不同的时段对资源的需求不尽相同，故而很难设计CPU、内存、SSD资源均衡的服务器系统，在实际部署时往往采取超额配置(Over-Provision)的策略，但这导致了资源的低利用率以及总体拥有成本的提高。资源解聚(Disaggregation)被提出以解决资源不均衡的挑战以及资源浪费的问题，这种模式将各项资源从服务器中解离并分别组成资源池，从而实现物理基础设施的细粒度灵活供给；资源池之间则通过高性能网络实现互联与远程访问。而回到传统的以服务器为中心的模式，例如SSD阵列存储的访问、跨节点SSD的共享等的场景也均需通过高性能网络。所以，远程SSD资源访问是一种常见的方式；基于高性能网络远程访问高性能SSD是扩展虚拟机内存、满足应用需求的一种兼顾成本、性能以及资源利用率的方法。

虚拟化是云计算的基础技术，但云中虚拟机的资源容量受限于物理宿主机资源配置，而对非本机内存与存储资源的共享与利用，传统的NAS/NFS/SMB、SAN/iSCSI等的方案受限于协议处理的开销，无法提供最佳性能表现；Fatcache、Tachyon/Alluxio等软件方案虽基于标准网络接口，无额外的协议处理开销，但其提供了自有的API接口，需要修改应用，兼容性方面存在一定的限制，Flashcache、ReadyBoost等本机方案由操作系统实现，能够对应用透明地实现对本地SSD的利用，但其需要修改内核，开发调试复杂且不利于维护。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于远程SSD的虚拟机内存扩展方法及系统。

本发明的一种基于远程SSD的虚拟机内存扩展方法，其中，包括：