openstack-KVM-Memory

一、Memory

1、查看memory信息

　　free -g

　　cat /proc/meminfo

　　dmesg | grep Memory

2、xml文件中的内存信息：

vim /etc/libvirt/qemu/虚拟机名.xml

  <memory unit='KiB'></memory>
 
  <currentMemory unit='KiB'></currentMemory>

二、 EPT和VPID

1、EPT（扩展页表）

　　EPT (Extended Page Tables)属于Intel的二代硬件虚拟化技术，针对内存管理单元(MMU)的虚拟化扩展。EPT降低了内存虚拟化的难度(影子页表)也提升了内存虚拟化的性能。从基于Intel的Nehalem架构的平台开始，EPT作为CPU的一个特性加入到CPU硬件中去了。

　　NPT (Nested PageTables)AMD称为NPT。

2、EPT（扩展页表）工作原理：

　　GVA (Guest Virtual Address) 客户机虚拟地址 guest

　　GPA (Guest Physical Address) 客户机物理地址

　　HPA (Host Physical Address) 宿主机物理地址 Hypervisor

　　1个EPT页表=N个影子页表

　　注：影子页表即每个虚拟机各自都有的一个页表。

　　地址转换过程：

　　为了实现内存虚拟化，让客户机使用一个隔离的、从零开始且具有连续的内存空间，KVM 引入一层新的地址空间，即客户机物理地址空间 (Guest Physical Address，GPA)，这个地址空间并不是真正的物理地址空间，它只是宿主机虚拟地址空间在客户机地址空间的一个映射。

　　对客户机来说，客户机物理地址空间都是从零开始的连续地址空间，但对于宿主机来说，客户机的物理地址空间并不一定是连续的，客户机物理地址空间有可能映射在若干个不连续的宿主机地址区间。虚拟机本质上是Host机上的一个进程，按理说应该可以使用Host机的虚拟地址空间，但由于在虚拟化模式下，虚拟机处于非Root模式，无法直接访问Root模式下的Host机上的内存。

　　这个时候就需要VMM 的介入，VMM 需要 intercept（截获）虚拟机的内存访问指令，然后 virtualize（模拟）Host上的内存，相当于VMM在虚拟机的虚拟地址空间和Host机的虚拟地址空间中间增加了一层，即虚拟机的物理地址空间，也可以看作是 Qemu的虚拟地址空间。

　　所以，内存虚拟化的目标就是要将虚拟机的虚拟地址（Guest Virtual Address，GVA）转化为Host的物理地址（Host Physical Address，HPA），中间要经过虚拟机的物理地址（Guest Physical Address，GPA）和Host虚拟地址（Host Virtual Address）的转化，即：GVA→ GPA →HVA→HPA

　　其中前两步由虚拟机的系统页表完成，中间两步由 VMM 定义的映射表（由数据结构 kvm_memory_slot 记录）完成，它可以将连续的虚拟机物理地址映射成非连续的 Host 机虚拟地址，后面两步则由 Host 机的系统页表完成。

3、VPID (虚拟处理器标识)

　　VPID (VirtualProcessor Identifiers)虚拟处理器标识，提升实时迁移的效率，同时节省实时迁移的开销，提高速度，降低延迟。

　　TLB (translation lookaside buffer)旁路转换缓冲，或称为页表缓冲；里面存放的是一些页表文件（虚拟地址到物理地址的转换表）。

#查看ept和vpid信息：
grep ept /proc/cpuinfo
grep vpid /proc/cpuinfo
#查看ept和vpid信息：
cat /sys/module/kvm_intel/parameters/ept
cat /sys/module/kvm_intel/parameters/vpid
#关闭ept和vpid：
modprobe kvm_intel ept=,vpid=

三、大页(Huge Page)

　　x86-64CPU

　　支持2MB大页

　　内核2.6以上支持大页

　　内存页数量减少，从而需要更少的页表，节约页表所占用的内存数量，减少地址转换，提高内存访问性能。

　　地址转换信息一般保存在CPU缓存中，地址转换信息减少，从而减少CPU缓存压力。

　　注：一般内存页大小4KB。

#查看Huge Page信息
getconf PAGESIZE
cat /proc/meminfo | grep Huge
#Huge Page挂载
mount | grep huge
mount -t hugetlbfs hugetlbfs /dev/hugepages
sysctl vm.nr_hugepages=
#开启Huge Page
hugpages=yes

　　注：开启大页后：

　　不能swap out

　　不能ballooning方式增长

四、 Memory超配

（1）内存交换(swapping)

　　用交换空间(swap space)来弥补内存的不足。

（2）气球(ballooning)

　　通过virio_balloon驱动来实现宿主机Hypervisor和客户机之间的协作。

（3）页共享(page sharing)

　　通过KSM(Kernel Samepage Merging)合并多个客户机进程使用的相同内存页。