[发明专利]一种云计算主机节点间物理内存共享方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机操作系统内核中内存管理，具体是一种云集群环境中主机间物理内存共享的方法。

背景技术

云计算、分布式等相关技术在近几年来得到迅猛发展，改变了用户使用计算机的方式和信息处理的计算模式。云计算技术使得用户无需像从前一样购买计算机硬件资源，而只需购买硬件的存储、计算能力即可；分布式技术实现了大数据的并行处理，提升了处理效率，节约了处理时间。

这些技术的实现与应用都需要相应的软件硬件环境的支持，由于单个计算机的性能有限，计算机的组织形式不再是分散式的，而是以集群的形式出现。集群环境通过对计算机软件硬件资源实行集中化管理、按需分配，提升了服务性能、任务吞吐量和软件硬件资源的利用率。但集群环境并不是完全理想化的，集群在物理上仍然由是多个物理主机组成，各计算机拥有自己的操作系统和独立的硬件资源。逻辑上是通过在操作系统层面之上的安装中间件，中间件之间相互通信实现主机资源的集中使用的。这样的结构带来了很多问题，如中间件需要针对应用进行特定的开发，增加了集群的管理难度，增加了开发人员的开发难度等。

内存是计算机运行当中使用量非常大的物理资源之一，由于成本、硬件环境等因素限制，单台主机内存资源有限且容量固定，会造成内存资源不足或浪费。为解决此问题，设计一种主机间内存共用的方式，实现内存的高效利用成为一项热门研究内容。公开号CN102609305A，公开日2012‐07‐25，名称为“一种服务器集群中内存共享方法”的中国专利文献，提出了一种集群中服务器间内存共享方法，但该方案中需要应用程序参与内存的共享过程，没有实现对应用程序的透明处理。公开号CN1972215A，公开日2007‐05‐30，名称为“一种远程内存共享系统及其实现方法”的中国专利文献，提出的内存共享系统由多个计算结点、一个管理器和一个内存服务器组成，当计算结点不能满足应用的内存需求时结点才会向管理器申请内存从其他结点分配内存块；内存块以应用为单位分配，并通过多个列表进行管理，造成了寻址困难，运行开销大。文献(Niswar Muh,Sabri A.Aulia,Warni Elly,Musa Muh Nur.Memory sharing management on virtual private server[C].2013International Conference on ICT for Smart Society(ICISS),2013.)公开为提升虚拟服务器性能，提出一种内存资源共享方法，虚拟服务器可以将自己的内存借给其他内存资源趋于用尽的虚拟服务器。提出的共享内存方法在一定程度上均提升了虚拟机或主机的性能，因此设计一种主机间动态借用内存装置实现内存在主机之间的借用有助于提升主机性能。

现有应用技术已经在某种程度上实现了内存共享。文献(MemoryCached[DB/OL].http://memcached.org/about.2009‐4‐20/2015‐4‐25.)中提到的MemCached实现了一种分布式内存缓存系统，该系统中存在一个服务器结点和多个客户端结点，服务器结点将客户端节点的空闲缓存在逻辑上集中起来，并统一向外提供服务。该系统通过在系统中安装中间件的方式实现服务器节点和客户端节点的功能，并提供了用于操作的API接口。这种“一个服务节点+多个客户节点”的模式被广泛应用在资源共享的解决方案当中，如Hadoop、HBase等。

随着计算机软硬件技术的成熟，通过网络共享物理设备已经有一些成熟的技术。常见的商业版操作系统(如Windows、Ubuntu等)当中均包含打印机共享功能，该功能使得多台计算机可以使用同一台打印机，而不必为每一台计算机都配备打印机，节约了硬件成本。该技术使用最为广泛，常见于办公环境或家庭环境当中。此外，KVM虚拟化技术实现的VMWare和VirtualBox，Xen虚拟化技术实现的XenServer等虚拟化平台已经日趋成熟并得到了广泛的应用，在这些平台上，用户可以根据自己需要调整虚拟机的性能，如内存大小，硬盘大小等。虚拟机中的设备全部都是通过虚拟化技术虚拟出来的，用户使用过程中不会感觉到与使用实际的硬件设备有任何差别。这些实例及平台的成功实现表明，将内存虚拟化并通过网络共享是存在理论基础和实现的可行性的。