CN112965792B - 为多个虚拟机分配内存的方法、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及虚拟机技术领域，具体涉及一种为多个虚拟机分配内存的方法、计算机可读存储介质，计算机可读存储介质被处理器执行时能实现为多个虚拟机分配内存的方法。本Xen在保障分配给五个虚拟机各自最低内存的基础上，剩余的总可分配内存F再通过该为多个虚拟机配置内存的方法分配给五个虚拟机i，在步骤S1中计算分配基准值B时，优先级越高抽取的内存越少，而在步骤S2计算每个虚拟机的个体系数Ci时，优先级越高其个体系数Ci相对于自身的内存需求Mi则越大，如此则保障优先级较高的虚拟机获得更多的内存，而优先级较低的虚拟机不至于分配不到内存。

Description

为多个虚拟机分配内存的方法、计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及虚拟机技术领域，具体涉及一种为多个虚拟机分配内存的方法、计算机可读存储介质，计算机可读存储介质被处理器执行时能实现为多个虚拟机分配内存的方法。

背景技术

在Xen（开放源代码虚拟机监视器）虚拟化中，各个虚拟机实际能使用的内存就是Xen分别提供给这些虚拟机的物理内存。但是Xen自身无法判断部署在各个虚拟机上的服务的重要性，因此Xen只能对各个虚拟机一视同仁或者采用先到请求先满足的原则进行内存的分配。该情况在Xen内存资源（总可分配内存F）能够满足所有虚拟机的最大内存请求的情况下不会产生问题，但当Xen无法同时满足所有虚拟机的最大内存需求，也就是说各个虚拟机之间产生内存资源竞争时，若运行重要服务的重要虚拟机与其他虚拟机一视同仁地参与内存资源竞争，将导致重要虚拟机的重要服务得不到快速响应甚至无法运行。现有技术中，在Xen内存资源不足的情况下，为了保障重要虚拟机的顺利运行，一般会对全部虚拟机按照优先级进行排序，然后按照优先级从高到低的顺序为全部虚拟机降级分配内存，如此则Xen先为优先级更高的虚拟机分配较多的内存，但该内存分配方法进行的使得排序在后的虚拟机无法获得内存。

发明内容

本发明提供一种为多个虚拟机分配内存的方法，能够保障排序在后的虚拟机能够获得内存。

提供一种为多个虚拟机分配内存的方法，总可分配内存记为F，i号虚拟机的内存需求量记为Mi，i 为各个虚拟机的编号，i=1,2,…，总可分配内存F小于全部虚拟机的内存需求量Mi的和H，即F<H，迭代执行如下步骤S1~S4，直到将总可分配内存F全部分配给全部虚拟机：

步骤S1. 计算分配基准值B，该分配基准值B与全部虚拟机对内存的加权总需求量R正相关，i号虚拟机的权重系数记为Wi，i号虚拟机的优先级记为Pi，权重系数Wi与优先级Pi负相关；

步骤S2. 计算每个虚拟机的个体系数Ci，个体系数Ci既正相关于其虚拟机的内存需求量Mi，又正相关于优先级更低的其他虚拟机的内存需求量，个体系数C∈(0,1]；

步骤S3. 把总可分配内存F分配给全部虚拟机，其中，分配给i号虚拟机的内存值Ni等于分配基准值B乘以个体系数Ci，内存值Ni取值不大于其内存需求量Mi；

步骤S4.更新各个虚拟机的内存需求量Mi，更新后的内存需求量Mi=Mi -Ni；更新总可分配内存F ，更新后的总可分配内存F =分配前的总可分配内存F –当次迭代分配给全部虚拟机的总内存值N。

其中，分配基准值B等于加权总需求量R。

其中，所述步骤S1中，加权总需求量R=∑（AVEi*Wi），其中，理论内存值AVEi=F*Mi/H。

其中，所述步骤S1中，权重系数Wi=Q/Pi, Q为预设值。

其中，所述预设值Q为优先级Pi的最小值。

其中，所述步骤S1中，分配基准值B等于加权总需求量R。

其中，个体系数Ci=Mi/（H-Qi），Qi为优先级低于该i号虚拟机的其他全部虚拟机的内存需求量的和。

其中，所述步骤S3中，对所述计算得到的内存值Ni向下取整或者向上取整。

其中，若更新后的总可分配内存F在原总可分配内存F的预设比例范围内，则终止迭代。

其中，所述终止迭代是先将更新后的总可分配内存F分配给当前尚未被完全满足的优先级最高的虚拟机，然后结束迭代。

还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述任一的为多个虚拟机分配内存的方法。

有益效果：Xen在保障分配给五个虚拟机各自最低内存的基础上，剩余的总可分配内存F再通过该为多个虚拟机配置内存的方法分配给五个虚拟机i，在步骤S1中计算分配基准值B时，优先级越高抽取的内存越少，而在步骤S2计算每个虚拟机的个体系数Ci时，优先级越高其个体系数Ci相对于自身的内存需求Mi则越大，如此则保障优先级较高的虚拟机获得更多的内存，而优先级较低的虚拟机不至于分配不到内存。

附图说明

图1是虚拟机系统内存分配流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明。

实施例一

在Xen虚拟化环境下，共设有五个虚拟机i ( i 为各个虚拟机的编号，i=1,2,3,4,5)，在虚拟化运行过程中，Xen动态地为这些虚拟机分配内存。Xen可分配内存充足，能满足所有虚拟机的最大内存需求的状态下，Xen按照各个虚拟机请求的最大内存需求分配内存给这些虚拟机。Xen可分配内存不足以满足所有虚拟机的最大内存需求的状态下：若Xen不能满足全部虚拟机的全部最小内存需求，则各个虚拟机都无法运行，Xen报错；否则，Xen优先满足全部虚拟机的最小内存需求，然后将剩余的总可分配内存F分配给各个虚拟机。Xen根据所部署的服务的重要性将这五个虚拟机i分为五个优先级Pi，所部署的服务越重要则优先级Pi的值越大，具体的优先级数值由Xun服务器根据历史数据库自动生成，或根据上述服务的重要性自动生成，上述优先级生成方式均可通过现有技术实现，在此不做赘述。

优选地，各个虚拟机的内存优先级Pi是在Xen执行为多个虚拟机分配内存的方法的过程中设置的，或者是预先设置好等待调用的，具体地，Xen在XenStore中为每个虚拟机添加一个专门用于标志该虚拟机的内存优先级的键memory-priority，其键值表示这个虚拟机的内存优先级Pi，五个虚拟机的优先级Pi分别为P1=1，P2=2，P3=4，P4=5，P5=8，一号虚拟机的优先级P1最低而五号虚拟机的优先级P5最高。

在将剩余的总可分配内存F分配给各个虚拟机时，Xen先计算得到五个虚拟机i各自减去自身最低内存需求后的内存需求量Mi，如果按照各个虚拟机内存需求量Mi在H中的占比来分配总可分配内存F，那么五个虚拟机i分别可得到的理论内存值AVEi=F*Mi/H，如此则各个虚拟机都能公平地得到内存，但优先级Pi更高的虚拟机在内存分配上得不到优待，其工作性能可能受到影响。本实施例按照为多个虚拟机分配内存的方法（下文详述）为五个虚拟机i分配内存，从而保障优先级较高的虚拟机获得更多的内存而优先级较低的虚拟机不至于分配不到内存。

本实施例中，Xen在保障分配给五个虚拟机各自最低内存的基础上，剩余的总可分配内存F为100G，五个虚拟机i的内存需求量Mi分别为：M1=18G，M2=36G，M3=12G，M4=30G，M5=24G，全部五个虚拟机的内存需求量Mi的和H=120G，H大于F=100G，即Xen的总可分配内存F不能满足全部虚拟机的最大内存需求。五个虚拟机i分别可得到的理论内存值AVEi=F*Mi/H，即：AVE1=15 G，AVE2=30 G，AVE3= 10G，AVE4= 25G，AVE5=20 G。

Xen迭代执行如下步骤S1~S4，直到将100G的总可分配内存F全部分配给五个虚拟机。

步骤S1. 计算分配基准值B，该分配基准值B与全部虚拟机对内存的加权总需求量R正相关，i号虚拟机的权重系数记为Wi，该权重系数Wi与优先级Pi负相关。

其中，权重系数Wi=Q/Pi， Q为全部虚拟机的优先级Pi中的最小值，W1=1，W2=1/2，W3=1/4，W4=1/5，W5=1/8，分配基准值B=加权总需求量R=∑（AVEi*Wi）=40G。给各个虚拟机的内存分配设置一个与优先级Pi负相关的分配基准值B，相当于从各个虚拟机的理论内存值AVEi中取出一定数量（与其优先级关联）的内存作为分配基准，优先级越高的虚拟机取出的比例越小。

步骤S2. 计算每个虚拟机的个体系数Ci，个体系数Ci既正相关于其虚拟机的内存需求量Mi，又正相关于优先级更低的其他虚拟机的内存需求量，个体系数C∈(0,1]。

其中，i号虚拟机的个体系数Ci=Mi/（H-Qi），Mi为该i号虚拟机的内存需求量，H为全部五个虚拟机的内存需求量Mi的和，H=120G，Qi为优先级低于该i号虚拟机的其他全部虚拟机的内存需求量的和，由此计算得到：C1=18/120，C2=36/102，C3=12/66，C4=30/54，C5=24/24。

步骤S3. 把总可分配内存F分配给全部虚拟机，其中，分配给i号虚拟机的内存值Ni等于分配基准值B乘以个体系数Ci，内存值Ni取值不大于其内存需求量Mi。

其中，内存值Ni=B*Ci，Ni向下取整且Ni≤Mi，若计算得到的Ni＞Mi则Ni取最大值Mi，本实施例中，N1=6，N2=14，N3=7，N4=22，N5=40大于M5=24（ N5取24）。经过第一轮迭代计算，确定将要从总可分配内存F中分配给全部虚拟机的总内存值N=73G。

其中，确定将要分配给各个虚拟机的内存值Ni占其内存需求量Mi的比例（即各个虚拟机自身需求将要被满足的比例）分别为：优先级最低的一号虚拟机将要被分配到33.33%，随着优先级递增，二号虚拟机将要被分配到38.89%，三号虚拟机将要被分配到58.33%，四号虚拟机将要被分配到73.33%；五号虚拟机将要被分配到100%。对于各个虚拟机，经过上述步骤计算得到的内存值Ni与内存需求量Mi的比值随优先级递增而递增，因而能够优先满足优先级较高的虚拟机的内存需求，并且，在本轮迭代能够保证为优先级较高的虚拟机分配其所需的较大比例的内存后，在第一轮迭代中优先级较低的两个虚拟机（一号和二号虚拟机）也能分配到占自身内存需求量Mi一定比例（大于30%）的内存值，确保优先级最低的虚拟机不至于完全分配不到内存。

其中，Ni向下取整，因而可以在本轮迭代中将取整后未被分配的小数部分的少量内存值还给总可分配内存F，为下一轮迭代提供更多的可分配内存，使得分配更偏向优先级高的虚拟机；反之，也可以改为Ni向上取整，如此则会更多地从总可分配内存F中分配出内存值，进一步加快分配速度。

具体地，Ni向下取整或Ni向上取整的判断依据为，若全部虚拟机中，实际计算得到的内存值Ni大于等于对应虚拟机的内存需求量Mi的比例不超过预设值（如40%），说明本轮迭代中优先级更高的虚拟机没有被过分地分配到大量内存值，因而Ni向下取整，数量较多的低优先级虚拟机都需要放弃可能被分配到的小数点位的内存值，使得下一轮迭代中总可分配内存F更多，而优先级更高的虚拟机能够分配到更多的内存；反之，当上述比例超过预设值（如40%），则说明优先级较高的几个虚拟机都已经能被分配到全部所需的内存需求量Mi，此时Ni向上取整即可尽可能多地消耗总可分配内存F，加快分配速度。

步骤S4. 更新各个虚拟机的内存需求量Mi，更新后的内存需求量Mi=Mi–Ni；更新总可分配内存F，更新后的总可分配内存F =分配前的总可分配内存F –当次迭代分配给全部虚拟机的总内存值N。

通过步骤S4的更新后，总可分配内存F=27G，M1=12G，M2=22G，M3=5G，M4=8G，M5=0G，H=47G，H大于27G。

经过第一轮迭代后，马上进入上述步骤S1~S4的第二轮迭代。由于优先级最高的五号虚拟机已经满足最大内存分配，该轮迭代中不再为其分配内存，i=1,2,3,4。该轮迭代计算得到的N1=4，N2=9，N3=6＞M3（N3取5G），N4=15＞M4（N4取8G），三号和四号虚拟机都完全满足内存分配需求。第二轮迭代后，确定将要从本轮的总可分配内存F（27G）中分配给全部虚拟机的总内存值N=26G，则更新后的总可分配内存F为1G，1G小于原总可分配内存F取预设比例5%的内存值（原总可分配内存F=100G，100G *5%=5G），则为了简化运算，不再进行下一轮的迭代，而是将这更新后的1G总可分配内存F直接分配给当前尚未被完全满足的优先级最高的二号虚拟机（即本轮迭代中N2=9+1=10），从而实现将总可分配内存F全部分配给全部虚拟机并结束分配。

最后各个虚拟机实际分配得到的内存值Msi分别为：Ms1=10G，Ms2=24G，Ms3=12G，Ms4=30G，Ms5=24G。三、四、五号虚拟机的内存需求完全满足，而2号机的内存需求满足66.7%，1号机的内存需求满足55.6%。

实施例二

在第一轮迭代中，首先将各个虚拟机所求的理论内存值中的一部分分配给各个虚拟机，具体地，将五个虚拟机i分别按照可得到的理论内存值AVEi中的Wi比例提取出AVEi*Wi，得到∑（AVEi*Wi），未提取的内存值则预分配给各个虚拟机。然后将这提取出的∑（AVEi*Wi）作为迭代前更新的总可分配内存F，按照实施例一中的为多个虚拟机分配内存的方法将其分配给全部虚拟机。分配过程详述如下。

实施例一中，五个虚拟机i分别可得到的理论内存值AVEi=F*Mi/H，即：AVE1=15 G，AVE2=30 G，AVE3= 10G，AVE4= 25G，AVE5=20 G。权重系数Wi=Q/Pi, Q为优先级Pi的最小值，W1=1，W2=1/2，W3=1/4，W4=1/5，W5=1/8。先将Mxi= AVEi*（1- Wi）分别分配给各个虚拟机，Mx1=0G，Mx2=15G，Mx3=7.5G，Mx4=20G，Mx5=17.5G，再把分配后剩余的∑（AVEi*Wi）=40G作为更新的总可分配内存F按照实施例一的方法分配给各个虚拟机。

本实施例二先提取出固定比例的内存值进行预分配，然后更新剩余的总可分配内存F后进行上述迭代，以简化计算过程，加快内存分配速度。

实施例三

在Xen从初始化状态启动的状态下，Xen静态地按照实施例一的方式为全部虚拟机分配内存。在Xen运行过程中，Xen动态地分配内存，在计算出各个虚拟机实际分配得到的内存值Msi后，将内存值Msi通过xenstore传递给各个虚拟机，然后利用balloon驱动动态调节虚拟机的内存到实际应该分配的内存量。

通过该计算方法计算得到的内存量为该虚拟机内存的建议值，为保障虚拟机的实际运行需要，仅利用balloon驱动友好的与虚拟机进行交互回收与增加内存，并不做强制的回收与分配内存操作。当待分配内存的虚拟机实际占用内存超出建议值，则启动回收内存，在识别到当前运行中的内存低于建议值的状态下，才实际执行回收内存动作。

以上所描述的Xen及其实现虚拟机内存分配的系统实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

如上所述仅为本发明创造的实施方式，不以此限定专利保护范围。本领域技术人员在本发明创造的基础上作出非实质性的变化或替换，仍落入专利保护范围。

Claims (6)

1.一种为多个虚拟机分配内存的方法，总可分配内存记为F，i号虚拟机的内存需求量记为Mi，i 为各个虚拟机的编号，i=1,2,…，总可分配内存F小于全部虚拟机的内存需求量Mi的和H，即F<H，其特征在于，迭代执行如下步骤S1~S4，直到将总可分配内存F全部分配给全部虚拟机：

步骤S1. 计算分配基准值B，该分配基准值B等于全部虚拟机对内存的加权总需求量R；i号虚拟机的权重系数记为Wi，i号虚拟机的优先级记为Pi，权重系数Wi与优先级Pi负相关，具体地，权重系数Wi=Q/Pi, Q为预设值；i号虚拟机的理论内存值AVEi=F*Mi/H；加权总需求量R=∑（AVEi*Wi）；

步骤S2. 计算每个虚拟机的个体系数Ci，i号虚拟机的个体系数Ci=Mi/（H-Qi），Qi为优先级低于该i号虚拟机的其他全部虚拟机的内存需求量的和，个体系数Ci∈(0,1]；

步骤S3. 把总可分配内存F分配给全部虚拟机，其中，分配给i号虚拟机的内存值Ni等于分配基准值B乘以个体系数Ci，内存值Ni取值不大于该i号虚拟机的内存需求量Mi；

步骤S4.更新各个虚拟机的内存需求量Mi，更新后的内存需求量Mi=Mi -Ni；更新总可分配内存F ，更新后的总可分配内存F =分配前的总可分配内存F –当次迭代分配给全部虚拟机的总内存值N。

2.根据权利要求1所述的为多个虚拟机分配内存的方法，其特征是，预设值Q为优先级Pi的最小值。

3.根据权利要求1所述的为多个虚拟机分配内存的方法，其特征是，所述步骤S3中，对计算得到的内存值Ni向下取整或者向上取整。

4.根据权利要求1所述的为多个虚拟机分配内存的方法，其特征是，若更新后的总可分配内存F在原总可分配内存F的预设比例范围内，则终止迭代。

5.根据权利要求4所述的为多个虚拟机分配内存的方法，其特征是，所述终止迭代是先将更新后的总可分配内存F分配给当前尚未被完全满足的优先级最高的虚拟机，然后结束迭代。

6.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行时能够实现权利要求1~5中任一项所述的为多个虚拟机分配内存的方法。

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