[发明专利]一种基于细粒度的内存分配方法

说明书

本发明公开了一种基于细粒度的内存分配方法，特征是采取虚拟机类型的探测、虚拟机内页面类型的探测、细粒度的差异化页面分配策略和访存感知的内存动态分配策略。由于对虚拟机的类型进行了区分，使得I/O密集型和计算密集型的虚拟机使用的页面都是小页，与系统默认为虚拟机分配大页的策略相比，缓解了内存膨胀，降低了内存分配开销，提高了内存重删率；同时对于访存密集型虚拟机，将其匿名页分配为大页，可以保持较高的访存性能，而将访存密集型虚拟机的Page Cache页和内核页分配为小页，与系统默认分配大页的策略相比，缓解了内存膨胀，降低了内存分配开销，提高了内存重删率，尽可能地降低了系统性能的损失。

技术领域

本发明属于计算机内存管理技术领域，具体涉及通过虚拟机类型和页面类型的探测机制基于细粒度的实现性能高效的内存分配方法。

背景技术

Linux 2.6.38版本引入了透明大页(Transparent Hugepages)这一内核特性，它通过提高处理器的内存映射硬件的使用效率来获取更好的性能。在Linux内存管理系统中，普通页面的大小为4KB，这些页面被称为小页，而透明大页的大小为2MB，这些页面被称为大页。虽然大页与小页相比有较高的访存性能，但给系统带来了内存膨胀、分配开销大、内存重删率低的问题。在虚拟机的运行过程中，不同虚拟机具有不同的访存特征，在同一虚拟机内部，不同类型的页面也具有不同的访存特征，而不同访存特征的页面对性能的需求是不一样的。虚拟机在运行过程中，内存管理系统并没有考虑页面访存特征的差异性，而是统一为虚拟机分配大页，尽管这一内存分配机制给虚拟机带来了性能上的优势，但也给系统引入了内存膨胀、内存分配开销增加和内存重删率降低等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于细粒度的内存分配方法，以克服现有技术的上述缺陷，在保证系统较高访存性能的情况下，缓解内存膨胀、降低内存分配开销，提高内存重删率。

本发明基于细粒度的内存分配方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：虚拟机类型的探测

针对所有运行的虚拟机，通过硬件性能计数器获取虚拟机的内存带宽，通过截获虚拟机输入/输出(I/O)的访问路径，获取虚拟机的I/O访问频率；设定一个范围在[0,N] 的阀值T₁表示内存带宽，设定一个范围在[0,N]的阀值T₂表示I/O访问频率，依据T₁和 T₂这两个阈值将虚拟机分为三种类型：将内存带宽大于等于T1且I/O访问频率小于T2 的虚拟机标记为访存密集型虚拟机；将内存带宽大于等于T1且I/O访问频率大于等于 T2的虚拟机标记为I/O密集型虚拟机；将内存带宽小于T1且I/O访问频率小于T2的虚拟机标记为计算密集型虚拟机；

第二步：虚拟机页面类型的探测

针对虚拟机运行过程中占用的内存，将虚拟机内使用的内存分为三个类型：通过截获虚拟机输入/输出(I/O)的访问路径，在文件系统层，将虚拟机I/O请求的目标页标记为虚拟机的页高速缓存(Page Cache)页；根据Linux内存系统的管理方式，在虚拟机内存地址映射层，将虚拟机物理地址前1GB的页面标记为虚拟机的内核页；将虚拟机使用的剩余页面标记为虚拟机的匿名页；

第三步：细粒度的差异化页面分配策略

对于被标记为I/O密集型或计算密集型的虚拟机，在分配内存的时候，统一为这些虚拟机内存分配小页；针对访存密集型虚拟机，对于它的Page Cache页和内核页这两个类型的页面分配小页，而对于访存密集型虚拟机的匿名页分配大页；

第四步：访存感知的内存动态分配策略

对于被标记为I/O密集型或计算密集型的虚拟机，如果这些虚拟机的类型转变为访存密集型，则将这些虚拟机的匿名页由小页转换为大页；