[發明專利]一種適用于虛擬化平臺的內存節能系統和方法

無效

• 申請號: 201310009312.4
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103092677A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 金海;廖小飛;余施展
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/48
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于計算機系統結構虛擬化環境下內存技術領域，更具體地，涉及一種適用于虛擬化平臺的內存節能系統和方法。

背景技術

隨著IT基礎設施的規模日益增大，能耗問題越來越嚴峻。綠色計算已經是計算機工業界和學術界的研究重點。在大型數據中心中，內存能耗如今已經占據相當大的一部分，尤其是對于裝備大物理內存的用于大規模數據處理和虛擬機租賃服務的物理機集群，內存能耗已經超越CPU能耗，成為能耗的主要產出者。因此減少內存的能耗是降低數據中心整體能耗的一個非常關鍵的部分。

在大型數據中心中，虛擬化技術以其在IT基礎設施資源管理的高效性和可擴展性方面的優勢被廣泛使用。PC的物理資源不再被單個操作系統直接管理，而是通過虛擬機管理器（Virtual?Machine?Monitor，簡稱VMM）來管理，VMM可以創建多個虛擬機，讓不同類型的操作系統運行其上，從而大大提高了物理資源的利用率。

現有的物理內存芯片廠商已經為內存節能提供了物理支持。一塊物理內存通常可以分為多個小的可控單元，稱為最小控制單元，每個最小控制單元有多個運行狀態，其中就包括低能耗狀態。當最小控制單元處理正常的讀寫狀態是能耗很高，但是通過一條指令使其變為低能耗狀態時，該物理最小控制單元不能被訪問，但是內存的數據并沒有丟失，同時內存的能耗大大降低。因此內存節能的核心就是讓盡量多的最小可控單元設置為低能耗狀態，降低整體的能耗。

當前關于內存節能的研究大多關注于傳統操作系統。虛擬機環境下的內存節能研究較少。在虛擬機運行時，任何時刻一個處理器上面最多只有一個虛擬機在運行，因此只有部分運行的虛擬機的物理內存需要處于正常的讀寫狀態，其它未被訪問的物理最小可控單元可以轉為低能耗狀態。虛擬機的物理內存越分散，運行該虛擬機時需要處于正常狀態的最小可控單元越多，因此能耗也越大。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種適用于虛擬化平臺的內存節能系統，旨在解決現有虛擬化環境下物理內存能耗過大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種適用于虛擬化平臺的內存節能系統，包括內存狀態調節模塊、內存訪問集管理模塊、內存分配模塊以及上層控制模塊，內存狀態調節模塊用于為上層控制模塊提供應用程序接口，并管理物理機中最小可控單元的狀態查詢和調節，內存分配模塊用于采用基于內存訪問集的動態擴展算法為虛擬機分配和回收內存，內存訪問集管理模用于在內存分配模塊分配和回收內存以后，為虛擬機設置內存訪問集以保存虛擬機內存的分布信息，并管理該內存訪問集，上層控制模塊用于為VMM上層的虛擬機提供接口，以查詢VMM的內部狀態，并對整個內存節能系統進行調試。

內存訪問集的信息包括虛擬機內存占用的最小可控單元序列號、最小可控單元中物理頁的數目以及處于正常狀態的維持時間。

內存訪問集的管理主要是通過截獲VMM中與內存相關的關鍵函數來實現，關鍵函數包括有內存分配函數、回收函數以及映射函數。

上層控制模塊具體是在VMM內核中建立一片緩沖區，將虛擬機內存的分部區域、最小可控單元的狀態、最小可控單元能耗消耗狀態信息以規定的格式寫入到該緩沖區，在VMM上層的虛擬機中實現了一個讀取該緩沖區的驅動，用來讀取該緩沖區的內存，供上層的分析工具進行數據的分析和調試。

通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，本發明的系統具有以下的優點和技術效果：

1，由于采用了內存訪問集管理模塊和內存狀態調節模塊，使得虛擬化環境下每個處理器上面只有一個虛擬機的內存訪問集中的最小可控單元處于正常讀寫狀態，從而減少了系統的物理內存能耗；

2、由于采用了內存分配模塊，通過更加簡單的數據結構來組織虛擬機的物理內存，從而提高了內存操作的性能。新的內存分配算法使得虛擬機物理內存占用的最小可控單元比傳統環境下大大減少，從而進一步的減少了系統的物理內存能耗。

本發明的另一目的在于提供一種適用于虛擬化平臺的內存節能方法，旨在現有解決虛擬化環境下物理內存能耗過大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種適用于虛擬化平臺的內存節能方法，包括以下步驟：

（1）內存分配模塊接收用戶的虛擬機創建請求；

（2）內存分配模塊根據虛擬機創建請求創建內存大小為N個物理頁的虛擬機，其中N為正整數；

（3）內存訪問集管理模塊獲取步驟（2）中創建的虛擬機ID，將該虛擬機的內存訪問集加入到內部管理內存訪問集的數據結構中，然后切換到VMM的虛擬機調度器；