[發明專利]一種基于釋放一致性內存同步的巨型虛擬機

有效

• 申請號: 202110683056.1
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113342465B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 戚正偉;項羽心;余博識;李嘉森;賈興國;管海兵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明涉及一種基于釋放一致性內存同步的巨型虛擬機，包括若干虛擬機節點，所述虛擬機節點包括物理內存、映射管理器；所述物理內存包括若干頁以及本地頁緩存，所述本地頁緩存用于存儲其他虛擬機節點管理的頁；所述虛擬機節點映射管理器受控于程序執行以下讀操作或者寫操作：所述虛擬機節點映射管理器在本地頁以及本地頁緩存中查找讀寫地址所對應頁，若在本地頁以及本地頁緩存不命中，則向遠端管理讀寫地址所對應頁的虛擬機節點發送請求，獲取讀寫地址所對應頁信息并存儲在本地頁緩存中；所述虛擬機節點映射管理器對查找獲取的頁進行讀操作或者寫操作。有益效果是防止分布式共享內存出現偽共享問題、降低跨節點內存訪問頻率。

【技術領域】

本發明涉及計算機技術領域，具體涉及一種基于釋放一致性內存同步的巨型虛擬機。

【背景技術】

巨型虛擬機通過整合多臺機器資源，構建了一個分布式的虛擬機監視程序，為上層的客戶操作系統提供了統一的硬件抽象。巨型虛擬機基于QEMU-KVM，實現了多臺物理機支持的CPU虛擬化、I/O虛擬化和內存虛擬化。巨型虛擬機通過高速RDMA網絡實現了虛擬化層的硬件抽象，利用分布式QEMU構建了跨節點虛擬機抽象，借助KVM提供了創建和管理虛擬機的接口，基于RDMA網絡建立了分布式共享內存，建立了一個“多虛一”的虛擬機。QEMU是一套由法布里斯·貝拉(Fabrice Bellard)所編寫的以GPL許可證分發源碼的模擬處理器，在GNU/Linux平臺上使用廣泛，QEMU能模擬至接近真實電腦的速度。KVM虛擬機(Kernel-basedVirtual Machine)是一個開源的系統虛擬化模塊，KVM的虛擬化需要硬件支持(如Intel VT技術或者AMD V技術)，是基于硬件的完全虛擬化。RDMA(Remote Direct Memory Access)技術全稱遠程直接數據存取，是為了解決網絡傳輸中服務器端數據處理的延遲而產生的，RDMA通過網絡把資料直接傳入計算機的存儲區，將數據從一個系統快速移動到遠程系統存儲器中，而不對操作系統造成任何影響，這樣就不需要用到多少計算機的處理功能。超級調用hypercall用于各域與虛擬機監視器(例如XEN)進行同步通信，通過中斷處理系統相關的特權操作，如建立頁表、管理內存、訪問I/O設備等。

順序一致性模型(sequential consistency model)是指當程序在各個處理機上并行運行時，所有處理機(或進程)對同一個存儲器的訪問是同樣順序進行的。巨型虛擬機當前使用的分布式共享內存協議是一個順序一致性(Sequential Consistency)的協議。順序一致性要求任何一次讀都能讀到某個數據的最近一次寫的數據。為了保證順序一致性，該內存同步協議引入了許多性能上的開銷。實際應用中，巨型虛擬機的性能表現不盡人意，原因在于密集的跨節點內存訪問帶來的網絡開銷。引發密集跨節點內存訪問的場景可以分為真共享(true sharing)和偽共享(false sharing)場景。在實現中，真共享無法避免的，它與程序內在的處理結構相關。而偽共享是一種緩存管理機制導致的性能下降。巨型虛擬機當前使用的分布式共享內存協議的痛點在于在偽共享場景下的網絡傳輸開銷極大。

已有的工作曾嘗試使用RDMA網絡傳輸協議對巨型虛擬機的網絡傳輸進行優化，但是網絡傳輸始終慢于本地的內存訪問，從根本上解決偽共享問題、降低跨節點的內存訪問頻率需要修改內存同步協議的語義。

本發明對巨型虛擬機的分布式共享內存性能方面進行了設計改進。

【發明內容】

本發明的目的是，提供一種防止分布式共享內存出現偽共享問題、降低跨節點內存訪問頻率的巨型虛擬機。