[发明专利]NUMA体系结构下面向容错的操作系统内存管理方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及计算机操作系统领域，具体涉及一种NUMA体系结构下面向容错的操作系统内存管理机制。

背景技术

应用在金融、电信等关键领域的大型计算机，通常在硬件和软件都提供了强大的容错功能，以保证最高最强的系统可用性，从而能够最大限度的持续提供关键可靠的服务。软件容错通常是由操作系统来保证，操作系统时刻关注系统软硬件是否正常运行，并在出现问题或者潜在出现问题的时候采取必要的措施以保证系统持续可用。

热插拔技术是操作系统容错功能中重要的一环，它对提高整个系统的可靠性、可用性和可服务性都不可或缺。有热插拔技术作为保障，系统管理员可以在不关机、不重启、不断电的情况下更换设备，可以及时的排除、隔离和修复故障，大大提高系统的可用性。

在现有技术中，NUMA体系结构下，操作系统分配内存时，可以使用多种策略，其中最常用的是本地分配策略。这种策略使得CPU多数访问“距离”自己较近的内存，减少访存时间，提高系统效率。但是，本地分配策略也使得系统内存散布在各个节点，过于零散从而不利于管理。更进一步的是，这种策略使得系统核心使用的内存也散布在各个节点，由于这部分内存不能被迁移和热移除，使得拥有这部分内存的节点不能被热移除，影响了整体系统的容错性能，不利于提高系统的高可用性。

现有的内存热插拔技术，存在诸多限制，有平台限制、内存模式限制以及操作大小限制。例如操作大小只能是1G内存为单位，这使得管理操作十分不便，实用性有限。

发明内容

本发明的目的是关注NUMA体系结构下的内存管理机制，采用多个技术突破现有技术限制，实现整个NUMA节点上内存的热插拔。

本发明的目的是按以下方式实现的，基于操作系统内存管理和支持操作系统的容错功能，提供可配置的内存限定分配功能和可伸缩的整节点内存热插拔功能，其中：可配置的内存限定分配功能是在NUMA体系结构下，整个NUMA节点中包含的内存的热移除和热添加；可伸缩的整节点内存热插拔功能是可伸缩的内存热插拔，即内存热插拔处理的内存大小最小为一页，最大为一个内存区域中所有的内存,内存热插拔分为热移除和热添加，内存热移除首先从操作系统层面热移除待处理的内存，再和系统固件、硬件配合，从硬件层面移除，从而使得内存设备从系统中热移除；热添加首先从硬件层面热添加内存设备，再从操作系统层面开始使用热添加的内存，管理步骤如下：

1)操作系统启动前，配置为内存限定分配功能启用；

2)启动操作系统，启动过程中的内存分配受到内存限定分配功能影响，将操作系统核心使用的内存或会导致不能热插拔的内存分配在指定节点上完成，包括如节点0；

3)进行内存热插拔操作，除节点0以外，其他节点的内存均可以热插拔；

4)内存热插拔最小单元为一个物理页，最大为一个节点内所有的内存；

5)热移除和热添加内存均以起始物理地址和内存大小为参数，内存热移除首先从操作系统层面热移除待处理的内存，再和系统固件、硬件配合，从硬件层面移除，从而使得内存设备从系统中热移除；热添加首先从硬件层面热添加内存设备，再从操作系统层面开始使用热添加的内存；

6)在操作系统运行时关闭内存限定分配功能，此后的核心内存分配便不会限制在节点0完成。

可配置内存限定分配功能，针对操作系统的内存分配策略，NUMA体系结构下，将系统核心使用的内存和会导致不能被热移除的内存分配到指定的同一个节点上，使得系统中其它节点的内存中没有不能被热移除的内存，从而使得系统中其它节点能够被热移除，以系统中只有一个节点不能被热移除的代价，保证了其它节点都能被热移除以提高系统的可用性。

可配置的内存限定分配功能，在操作系统启动和运行时均可配置,在启动时的配置影响在操作系统启动过程中内存的分配，运行时的配置影响配置之后的内存分配,要使得除了某一指定节点，其它节点均能够热移除，需要在系统启动的时候配置。

本发明的方法和现有技术相比，有益效果是：NUMA体系结构下面向容错的操作系统内存管理机制，基于传统操作系统内存管理，重点支持操作系统的容错功能，提供了可配置的内存限定分配功能，和可伸缩的整节点内存热插拔功能。

可配置内存限定分配功能，针对操作系统的内存分配策略。NUMA体系结构下，将系统核心使用的内存和会导致不能被热移除的内存分配到指定的同一个节点上，使得系统中其它节点的内存中没有不能被热移除的内存，从而使得系统其它节点能够被热移除。如此，以系统中只有一个节点不能被热移除的代价，保证了其它节点都能被热移除，大大提高系统的可用性。