虚拟化环境下的内存节能机制研究

【摘要】：在当前的大型数据中心中，虚拟化技术以其良好的资源整合和安全隔离等特性被广泛使用。随着大容量物理内存的使用，虚拟化环境下的内存能耗已经逐渐成为数据中心中最主要的能耗产出者。当前虚拟化环境下内存节能技术并未考虑虚拟机物理内存的分布对其能耗的影响，从而导致节能效果不佳。当前物理内存包含很多可控单元（Rank），每个Rank包含不同的能耗状态。虚拟机在动态创建和使用的过程中，其物理内存分布到很多不同的Rank中，因此当该虚拟机运行时，多个Rank处于高能耗状态，从而大大增加了其物理内存能耗。 针对上述问题，分别在静态环境下和动态环境下提出并实现了基于内存节能的虚拟机内存分配系统，从虚拟机内存分配的角度减少虚拟机运行时占用的物理块数目，从而减少其内存能耗。该系统包含两种主要的机制，一是在虚拟机管理器（VMM）中重新设计了内存页管理的方法，以更加简单和高效的方式组织内存页，从而方便上层的内存操作；二是在该内存页管理方法的基础上针对虚拟机内存和VMM内核堆内存从内存节能的角度设计了不同的启发式内存分配算法。该算法尽量高效的将请求的物理内存页分配到尽量少的Rank中，使得系统运行时更多的Rank处于低能耗状态，从而减少总的物理内存能耗。 实验表明，改进后的内存分配系统跟原有的内存分配系统相比，静态环境下内存能耗节省了近50%，动态环境下内存能耗节省超过60%。该数据表明改进后的内存分配系统极大的降低了虚拟机化环境下的物理内存能耗。 【关键词】：虚拟化 内存能耗 内存分配系统 内存可控单元
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 课题背景7-9
• 1.2 课题意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 课题研究内容12-13
• 1.5 文章框架结构13-14
• 2 虚拟化环境下内存节能系统设计14-23
• 2.1 内存节能系统设计思路14-16
• 2.2 静态环境下内存节能16-19
• 2.3 动态环境下动态内存管理19-21
• 2.4 小结21-23
• 3 虚拟化环境下内存节能主要实现技术23-33
• 3.1 虚拟机内存分配算法23-27
• 3.2 VMM 内核堆分配算法27-29
• 3.3 虚拟机动态内存管理29-31
• 3.4 小结31-33
• 4 系统测试与分析33-42
• 4.1 测试环境33-34
• 4.2 能耗测量模型34
• 4.3 静态环境下性能测试34-37
• 4.4 动态环境下性能测试37-41
• 4.5 小结41-42
• 5 总结与展望42-44
• 致谢44-46
• 参考文献46-50
• 附录 1 攻读学位期间申请的国家发明专利目录50-51
• 附录 2 攻读学位期间参与的主要科研项目目录51

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