KVM 内存虚拟化
内存虚拟化的概念
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- 软件方式:通过软件实现内存地址的翻译,比如 Shadow page table (影子页表)技术
- 硬件实现:基于 CPU 的辅助虚拟化功能,比如 AMD 的 NPT 和 Intel 的 EPT 技术
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2.2 KVM 内存虚拟化
- AMD 平台上的 NPT (Nested Page Tables) 技术
- Intel 平台上的 EPT (Extended Page Tables)技术
EPT 和 NPT采用类似的原理,都是作为 CPU 中新的一层,用来将客户机的物理地址翻译为主机的物理地址。关于 EPT, Intel 官方文档中的技术如下(实在看不懂...)
EPT的好处是,它的两阶段记忆体转换,特点就是将 Guest Physical Address → System Physical Address,VMM不用再保留一份 SPT (Shadow Page Table),以及以往还得经过 SPT 这个转换过程。除了降低各部虚拟机器在切换时所造成的效能损耗外,硬体指令集也比虚拟化软体处理来得可靠与稳定。
2.3 KSM (Kernel SamePage Merging 或者 Kernel Shared Memory)
KSM 在 Linux 2.6.32 版本中被加入到内核中。
2.3.1 原理
其原理是,KSM 作为内核中的守护进程(称为 ksmd)存在,它定期执行页面扫描,识别副本页面并合并副本,释放这些页面以供它用。因此,在多个进程中,Linux将内核相似的内存页合并成一个内存页。这个特性,被KVM用来减少多个相似的虚拟机的内存占用,提高内存的使用效率。由于内存是共享的,所以多个虚拟机使用的内存减少了。这个特性,对于虚拟机使用相同镜像和操作系统时,效果更加明显。但是,事情总是有代价的,使用这个特性,都要增加内核开销,用时间换空间。所以为了提高效率,可以将这个特性关闭。
2.3.2 好处
其好处是,在运行类似的客户机操作系统时,通过 KSM,可以节约大量的内存,从而可以实现更多的内存超分,运行更多的虚机。
2.3.3 合并过程
(1)初始状态:
(2)合并后:
(3)Guest 1 写内存后:
2.4 KVM Huge Page Backed Memory (巨页内存技术)
这是KVM虚拟机的又一个优化技术.。Intel 的 x86 CPU 通常使用4Kb内存页,当是经过配置,也能够使用巨页(huge page): (4MB on x86_32, 2MB on x86_64 and x86_32 PAE)
使用巨页,KVM的虚拟机的页表将使用更少的内存,并且将提高CPU的效率。最高情况下,可以提高20%的效率!
使用方法,需要三部:
mkdir /dev/hugepages
mount -t hugetlbfs hugetlbfs /dev/hugepages
#保留一些内存给巨页 sysctl vm.nr_hugepages=2048 (使用 x86_64 系统时,这相当于从物理内存中保留了2048 x 2M = 4GB 的空间来给虚拟机使用)
#给 kvm 传递参数 hugepages qemu-kvm - qemu-kvm -mem-path /dev/hugepages
也可以在配置文件里加入:
<memoryBacking> <hugepages/> </memoryBacking>
验证方式,当虚拟机正常启动以后,在物理机里查看:
cat /proc/meminfo |grep -i hugepages
老外的一篇文档,他使用的是libvirt方式,先让libvirtd进程使用hugepages空间,然后再分配给虚拟机。
参考资料:
http://www.cnblogs.com/xusongwei/archive/2012/07/30/2615592.html
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-vt/
http://www.slideshare.net/HwanjuKim/3cpu-virtualization-and-scheduling
http://www.cse.iitb.ac.in/~puru/courses/autumn12/cs695/classes/kvm-overview.pdf
http://www.linux-kvm.com/content/using-ksm-kernel-samepage-merging-kvm
http://blog.csdn.net/summer_liuwei/article/details/6013255
http://blog.pchome.net/article/458429.html
http://blog.chinaunix.net/uid-20794164-id-3601787.html
虚拟化技术性能比较和分析,周斌,张莹
http://wiki.qemu.org/images/c/c8/Cpu-models-and-libvirt-devconf-2014.pdf
http://frankdenneman.nl/2011/01/11/beating-a-dead-horse-using-cpu-affinity/