[發明專利]一種支持新型大頁框架的KVM系統

有效

• 申請號: 201810449372.0
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108628663B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 王總輝;陳文智;徐浩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F12/1009
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

1.一種支持新型大頁框架的KVM系統，包括內存虛擬化單元，其負責虛擬機的內存管理；其特征在于：所述內存虛擬化單元包括有EPT頁故障處理模塊和頁表項刪除模塊，EPT頁故障處理模塊負責對EPT頁表進行缺頁處理，頁表項刪除模塊用于在釋放頁時對相應的頁表項進行刪除；

所述EPT頁故障處理模塊包括：

Level計算子模塊，判斷EPT頁表中所缺的EPT頁表項為4KB頁表項或是2M頁表項；

地址轉換子模塊，根據Level計算子模塊的判斷結果將虛擬機頁幀號GFN轉換成宿主機物理地址HPA，進而利用相關API將該宿主機物理地址HPA轉換成物理頁幀號PFN；

EPT頁表填寫子模塊，利用物理頁幀號PFN反推算出最終所需的宿主機物理地址HPA并填入EPT頁表項中；

所述地址轉換子模塊將虛擬機頁幀號GFN轉換成宿主機物理地址HPA的具體操作過程如下：

(1)對虛擬機頁幀號GFN進行預處理：若宿主機給虛擬機分配的頁大小host_Level＝2M，則根據公式GFN'＝GFN-GFN％512進行預處理，GFN'為預處理后的虛擬機頁幀號，％為取模運算符；除此之外保持GFN不變即GFN'＝GFN；

(2)通過查找GFN'對應的memslot計算出GFN'對應的宿主機虛擬地址HVA；

(3)根據得到的宿主機虛擬地址HVA遍歷查詢宿主機頁表，若從中找到HVA-HPA的映射關系，即可直接得到大頁模式下的宿主機物理地址HPA'；若從中無法找到HVA-HPA的映射關系，則進入宿主機頁故障處理流程并最終得到大頁模式下的宿主機物理地址HPA'；

(4)通過大頁模式下的宿主機物理地址HPA'得到對應的struct hugepage結構，此時若Level＝4KB，則根據公式pfn_offset＝HVA％2²¹計算最終所需的宿主機物理地址HPA與大頁模式下的宿主機物理地址HPA'的偏移pfn_offset，并將其存入struct hugepage結構中；若Level＝2M，則令偏移pfn_offset＝0；

(5)將大頁模式下的宿主機物理地址HPA'加上偏移pfn_offset即得到最終所需的宿主機物理地址HPA，進而利用相關API將宿主機物理地址HPA轉換成物理頁幀號PFN并返回至上層函數。

2.根據權利要求1所述的KVM系統，其特征在于：所述KVM系統運行于宿主機內核上，宿主機利用其硬件探測到虛擬機關于查找其頁幀號GFN對應的宿主機物理地址HPA的請求，并從宿主機內核中的EPT頁表中查詢虛擬機頁幀號GFN所對應的宿主機物理地址HPA，若找到則直接訪問該宿主機物理地址HPA進行相關物理內存操作；若找不到，則觸發KVM系統中的EPT頁故障處理模塊，同時利用用戶態的虛擬機管理軟件負責將虛擬機頁幀號GFN傳入EPT頁故障處理模塊中。

3.根據權利要求1所述的KVM系統，其特征在于：所述Level計算子模塊判斷EPT頁表中所缺的EPT頁表項為4KB頁表項或是2M頁表項，具體方法為：比較A和host_Level的大小，取較小值為Level，若Level＝4KB，則判定所缺的EPT頁表項為4KB頁表項；若Level＝2M，則判定所缺的EPT頁表項為2M頁表項；其中，A為KVM內部允許分配的頁大小，host_Level為宿主機給虛擬機分配的頁大小。

4.根據權利要求1所述的KVM系統，其特征在于：所述頁表項刪除模塊遍歷查找所有殘留的EPT頁表項并進而刪除，即通過遍歷整個大頁對應的宿主機虛擬地址HVA范圍并對每個HVA嘗試進行EPT頁表項刪除操作。

5.根據權利要求1所述的KVM系統，其特征在于：通過對KVM和PHPA框架進行修改，使兩者有機結合起來，使得PHPA大頁框架具有很好的擴展性，解決了Linux hugetlbfs靜態大頁很多問題；此外，通過進一步修改KVM實現了對虛擬機冷熱頁的統計，最終形成了一個新的KVM系統，使得PHPA框架從實驗室走向工業界邁出了非常關鍵的一步。