面向虚拟化环境的异构内存管理机制

发布时间：2021-11-11 13:36

　　新型的非易失内存介质提供高存储密度、低成本以及与DRAM相近的访问性能,成为提供大容量内存的潜在DRAM替代品。然而由于NVM存在写寿命有限、写延时和功耗高等缺点,目前普遍使用DRAM-NVM异构内存架构来发挥两种介质在性能和能耗上的优点并克服缺陷。在虚拟化/云计算环境下,管理异构内存面临着诸多挑战。现有的虚拟机监控器无法感知底层的内存异构性,不能针对异构内存的读写性能不对称性优化异构内存的使用效率,存在管理复杂度高、可扩展性有限、优化开销大等问题。针对以上挑战,提出了轻量级的虚拟机异构内存管理机制（HMvisor）。设计并实现了监控层（Hypervisor）和虚拟机（Guest OS）协同的异构内存管理机制,可动态优化内存系统的性能和能耗。首先,HMvisor将客户机的虚拟NUMA节点映射到宿主机的不同NUMA节点,将底层内存的异构性暴露给虚拟机,解决了传统虚拟机不可感知异构内存的问题。其次,设计了DRAM-NVM介质可感知的气球驱动方案,以动态调整虚拟机DRAM和NVM两种介质的容量,结合应用的访存特性以实现虚拟机间（Inter-VM）的异构内存的动态调整。最后,针对虚拟机内部（I... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

DRAM-NVM异构内存系统的两种主流架构

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文件的模拟和半虚拟化。从主机Linux视角来看，虚拟机相当于一个进程。如图1.2所，KVM/QEMU虚拟化平台主要包括两个模块，两者协虚拟化服务。一是内核空间字符设备驱动KVM，以字符设备文件/dev供CPU和内存虚拟化服务；二是为客户机提供用户空间硬件模拟，开源的虚拟机托管平台。

中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文通过linux内核中的slab机制分配。每个页表页对应一个kvm_mmu数据结构是EPT处理过程中极为重要。类似于操作系统中的页表，存储着对应物理页面的固定大小的表项（EPTentry），对于4KB大的大小为8个字节，每个页表页包含512个表项。对于每个表项（包其第8位为access标志位、第9位为dirty标志位，这两个标志位可用频度监测。EPT表项的第12~52位存储着对应的物理页帧地Frame Number），通过页表的kvm_mmu_page结构和表项偏移可以机物理页帧地址，至此完成了内存虚拟化的功能。相对于基于软件EPT机制的地址翻译流程完全基于硬件实现，其地址转换的效率提流的内存虚拟化方案。

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向混合内存体系结构的模拟器[J]. 刘东,张进宝,廖小飞,金海.  华东师范大学学报(自然科学版). 2014(05)
[2]基于空间局部性的PCM和DRAM混合内存页面调度算法[J]. 刘巍.  中国科技论文. 2014(01)



本文编号：3488951