TW202319924A - 虛擬機的記憶體管理裝置 - Google Patents

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柳大洙
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Abstract

一種虛擬機的記憶體管理裝置，上述虛擬機由物理上獨立並通過網路相互連接的多個計算裝置構成。本發明的記憶體管理裝置包括：虛擬記憶體監控部，監控多個客戶機記憶體區域各自的即時使用量；本地記憶體監控部，監控多個計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量以及閒置記憶體容量；以及虛擬記憶體管理部，若特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則指定能夠作為閒置記憶體使用的至少一個計算裝置來向主節點傳遞。

Description

虛擬機的記憶體管理裝置
本發明是有關一種計算機系統，尤其是一種用於有效地管理虛擬機的記憶體的虛擬機記憶體管理裝置。
隨著網路技術的發展，共用計算資源的雲端系統也隨之提供。雲端系統能夠以可使多個使用者共用多種物理基礎設施的方式構成，物理基礎設施可包括設置有處理器、記憶體、儲存裝置、網路等的一個以上的計算系統。為了實現或運行應用程式所要求的工作負荷，須使用物理基礎設施。但是，由於物理基礎設施須共用於雲端系統內，因此雲端系統通過邏輯伺服器或虛擬機來管理物理基礎設施。
虛擬機（Virtual Machine；VM）並不是物理上存在的電腦，而是通過軟體實現虛擬的計算環境，即，是指電腦系統模擬（虛擬現實化）技術。可在虛擬機上安裝及運行作業系統（Operating System）或應用程式。虛擬機可由在物理上獨立並通過規定的通訊網路相互連接的多個計算裝置來實現。由此，使用者可在不受物理場所的限制的情況下使用相同的環境。
為了給在虛擬系統中利用在互聯網和/或內部網路環境中通過電腦網路來連接的伺服器（Server）資源執行工作的使用者帶來便利，應處於24小時可用狀態且應避免服務中斷情況。由於記憶體資料庫（In-memory database）、資料快取（data caching）、生物資訊學（bioinformatics）、圖形處理（graph processing）等資料密集型工作量的遽增，導致雲端系統中所需的記憶體容量逐漸增加。為了順應這種趨勢提供大容量類型的雲端系統，需要大容量的物理伺服器基礎設施，但該系統的構建需要很多費用。因此，有必要實現如下幾點，即，在利用多個小容量伺服器來代替大容量物理伺服器的同時，可將分散在不同的物理計算裝置中的記憶體用作單一記憶體，並有效管理各伺服器中的閒置記憶體資源。
為實現以上幾點，本發明提供一種虛擬機的記憶體管理裝置，可在將多個計算裝置中的任一個作為主節點並將剩餘的作為代理節點時，由主節點生成的虛擬機的記憶體通過分配多個計算裝置的本地記憶體來構成虛擬記憶體，虛擬記憶體被劃分為多個客戶機記憶體區域並被分配到多個客戶機，並藉由記憶體管理裝置所包括的虛擬記憶體監控部監控分別向多個客戶機分配的多個客戶記憶體區域各自的即時使用量、記憶體管理裝置所包括的本地記憶體監控部，監控多個計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量及閒置記憶體容量、以及藉由記憶體管理裝置所包括的虛擬記憶體管理部，若向多個客戶機中的任一個客戶機分配的特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則指定能夠在多個計算裝置的本地記憶體中作為閒置記憶體使用的至少一計算裝置，將與特定客戶機記憶體區域及要使用閒置記憶體的特定計算裝置相關的資訊向主節點傳遞，藉由上述功能使本發明可在虛擬化環境下更有效地使用通過網路連接的多個伺服器的記憶體資源，尤其，在向利用虛擬機的客戶機分配的記憶體區域不足的情況下，便於即時追加分配不足的記憶體容量。
本發明所提供的虛擬機的記憶體管理裝置的虛擬機由物理上獨立並通過網路互相連接的多個計算裝置構成；其中，當將多個計算裝置中的任一個作為主節點並將剩餘的作為代理節點時，由主節點生成的虛擬機的記憶體通過分配多個計算裝置的本地記憶體來構成虛擬記憶體，虛擬記憶體被劃分為多個客戶機記憶體區域並被分配到多個客戶機；其中，記憶體管理裝置包括：虛擬記憶體監控部，監控分別向多個客戶機分配的多個客戶記憶體區域各自的即時使用量；本地記憶體監控部，監控多個計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量及閒置記憶體容量；以及虛擬記憶體管理部，若向多個客戶機中的任一個客戶機分配的特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則指定能夠在多個計算裝置的本地記憶體中作為閒置記憶體使用的至少一計算裝置，將與特定客戶機記憶體區域及要使用閒置記憶體的特定計算裝置相關的資訊向主節點傳遞。
在本發明的一實施例中，上述之虛擬機的記憶體管理裝置的虛擬記憶體監控部通過在由該主節點生成的該虛擬記憶體的各個客戶機記憶體區域中監控客戶機作業系統的即時數據傳輸來計算該客戶機記憶體區域中的即時使用量。
在本發明的一實施例中，上述之虛擬機的記憶體管理裝置的多個代理節點即時向主節點傳輸與各個本地記憶體的使用量相關的數據以及與未使用的閒置記憶體的容量相關的數據，本地記憶體監控部基於在主節點以及多個代理節點之間通訊的即時數據來監控多個計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量以及閒置記憶體容量。
在本發明的一實施例中，上述之虛擬機的記憶體管理裝置的記憶體管理裝置設置在起到主節點功能的計算裝置。
在本發明的一實施例中，上述之虛擬機的記憶體管理裝置的記憶體管理裝置通過網路來與主節點以及多個代理節點相連接。
本發明提供一種虛擬機的記憶體管理裝置，可在將多個計算裝置中的任一個作為主節點並將剩餘的作為代理節點時，由主節點生成的虛擬機的記憶體通過分配多個計算裝置的本地記憶體來構成虛擬記憶體，虛擬記憶體被劃分為多個客戶機記憶體區域並被分配到多個客戶機，並藉由記憶體管理裝置所包括的虛擬記憶體監控部監控分別向多個客戶機分配的多個客戶記憶體區域各自的即時使用量、記憶體管理裝置所包括的本地記憶體監控部，監控多個計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量及閒置記憶體容量、以及藉由記憶體管理裝置所包括的虛擬記憶體管理部，若向多個客戶機中的任一個客戶機分配的特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則指定能夠在多個計算裝置的本地記憶體中作為閒置記憶體使用的至少一計算裝置，將與特定客戶機記憶體區域及要使用閒置記憶體的特定計算裝置相關的資訊向主節點傳遞，本發明藉由上述功能，可更有效地使用虛擬機的虛擬記憶體，尤其，在向利用虛擬機的客戶機分配的記憶體區域不足的情況下，便於即時追加分配不足的記憶體容量。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在詳細說明本發明之前，需聲明以下幾點，即，在以下說明的本說明書及申請專利範圍中使用的術語或單詞並不限定於通常所理解的含義或辭典中的含義，應從發明人可以為了以最佳的方式說明自己的發明而適當定義術語的概念的原則出發，以符合本發明的技術思想的含義和概念進行解釋。因此，在本說明書中記載的實施例和附圖中所示的結構僅屬於本發明最佳的實施例，並不代表本發明的所有技術思想，應理解的是，在本發明的申請時間點上，可存在可代替這些的多種等同技術方案和多個變形例。
在本發明的公開中，當提及某結構要素與其他結構要素“相連接”、“相結合”或“相聯接”時，這不僅包括直接連接關係，還可包括在其中間存在其他結構要素的間接連接關係。並且，當某結構要素“包括”或“具有”其他結構要素時，只要沒有特別相反的記載，就意味著還可包括其他結構要素，而不是排除其他結構要素。同時，互相區分的多個結構要素用於明確地說明各自的特徵，並不意味著多個結構要素必須分離。即，可通過組合多個結構要素來形成一個硬體單位或軟體單位，也可使一個結構要素分散成多個硬體單位或軟體單位。因此，即使不另行提及，本發明的範圍也包括像這樣組合或分散的實施例。
以下，參照附圖，詳細說明本發明的多個優選實施例。在此情況下，應注意的是，盡可能以相同的附圖標記表示附圖中的相同的結構要素。並且，將省略有可能混淆本發明的主旨的公知功能及結構相關的詳細說明。
首先，在圖1中簡要示出了應用本發明的虛擬機的記憶體管理裝置的系統。虛擬機VM可通過借助網路10相互連接的多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn中任一個來生成。各個計算裝置可單獨生成相互獨立的虛擬機，將生成特定虛擬機的特定計算裝置S1稱為主節點MN，並將與主節點MN相連接的剩餘計算裝置S2、S3、…、Sn稱為代理節點AN。一個計算裝置可在自己生成的虛擬機中起到主節點的功能，同時可在其他計算裝置所生成的其他虛擬機中起到代理節點的功能。並且，一個主節點MN可生成多個虛擬機VM。
進而，主節點MN通過利用自己及其它代理節點AN的計算資源來生成虛擬機。例如，主節點MN可利用虛擬機器監視器20(在處理器或記憶體等多種計算資源中控制互不相同的各種作業系統的存取方法的淺層軟體)來向虛擬機VM分配多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn的計算資源。這種計算資源可包括多種類型的物理資源。例如，物理資源可包括中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、記憶體(例如，隨機存取記憶體，Random Access Memory，RAM)、儲存裝置(例如，硬碟或固態硬碟)、網路I/O裝置(例如，網路介面卡)、電力裝置(例如，電源模組(Power Brick))、冷卻裝置(例如，風扇或冷卻劑)、或其他類型的資源(例如，網路開關裝置)。
另一方面，由主節點MN生成的虛擬機VM的記憶體通過分配設置於多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn的多個本地記憶體來構成一個虛擬記憶體100。而且，可按照通過虛擬機接收服務的使用者終端(圖未示；以下稱作“客戶機(guest)”)驅動各個作業系統(Operating System)及應用程式所需的大小來分別向多個客戶機分配虛擬記憶體100。即，虛擬記憶體100將被劃分為具有任意大小的多個客戶機記憶體區域G1、G2、G3、…、Gm來分別向多個客戶機分配。
根據使用虛擬機VM的各個客戶機的活動狀態，特定客戶機使用的記憶體使用量有可能會因遽增而出現不足，在此情況下，需要根據各個客戶機記憶體區域的即時使用量來可變地控制虛擬記憶體的大小。即，為了管理虛擬記憶體，如圖2所示，可構成記憶體管理裝置200。
如圖2所示，虛擬機VM的記憶體管理裝置200可包括：虛擬記憶體監控部210，監控分別向多個客戶機分配的多個客戶機記憶體區域G1、G2、G3、…、Gm各自的即時使用量；本地記憶體監控部220，監控多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn各自的本地記憶體的即時使用量；虛擬記憶體管理部230，若向多個客戶機中的任一個分配的特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則向特定客戶機記憶體區域分配多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn中的至少一個本地記憶體的閒置記憶體。
虛擬記憶體監控部210監控由主節點MN生成的虛擬記憶體100的各個客戶機記憶體區域中的客戶機作業系統(以下，稱作客戶機OS)的即時數據傳輸。例如，虛擬記憶體監控部210以網路安全外殼協定(SSH，Secure Shell)等的方式直接連接到在各個客戶機記憶體區域G1、G2、G3、…、Gm中運行的客戶機作業系統，由此以迴響(echo)的方式從各個客戶機記憶體區域接收與即時記憶體使用量相關的數據。由此，計算在各個客戶機記憶體區域中的即時使用量，在與分配正在使用中的記憶體的客戶機記憶體區域的大小相比呈現出規定大小(例如，80%)以上的持續使用量的情況下，可判斷為需要追加投入記憶體的區域。
接著，多個代理節點AN即時向主節點MN傳輸與自身的本地記憶體的使用量相關的數據及與未使用的閒置記憶體的容量相關的數據。在此情況下，為了在考慮伺服器的平均負荷等的情況下以檔案形式儲存並顯示各個時間段的數據，能夠以迴圈方式儲存各個時間段的數據，並可有效使用儲存空間。作為搶占式多任務處理(Preemption)的一種，在處理器之間不設優先順序，而是採用按時間單位(Time Quantum)依次推進的方式。數據收集方式可利用：利用簡單網路管理協定(SNMP，Simple Network Management Protocol)的輪詢(Polling)方式、網路安全外殼協定(SSH，Secure Shell)、傳輸控制協定(TCP，Transmission Control Protocol)、網際網路控制訊息協定(ICMP，Internet Control message Protocol)、智慧型平台管理介面(IPMI，Intelligent Platform Managenment Interface)、遠程終端協定(Telnet)、開源遠端程序呼叫系統(gRPC，Remote Procedure Calls)、超文字傳輸協定第2版(HTTP/2)等。像這樣，本地記憶體監控部220基於在主節點MN及代理節點AN之間通訊的即時數據來監控多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn各自的本地記憶體的即時使用量及閒置記憶體容量。
若通過虛擬記憶體監控部210確認為特定客戶機記憶體區域中的記憶體使用量達到基準值以上，則虛擬記憶體管理部230指定可從由本地記憶體監控部220確認的多個計算裝置S1、S2、S3、…、Sn的本地記憶體中用作閒置記憶體的計算裝置，向主節點MN傳遞與需分配記憶體的特定客戶機記憶體區域(G1至Gm中的至少一個)相關的資訊及與要使用閒置記憶體的特定計算裝置(S1至Sn中至少一個)相關的資訊。由此，主節點MN通過虛擬機器監視器20向特定客戶機記憶體區域追加分配閒置記憶體剩餘部分。
上述的虛擬機VM的記憶體管理裝置200可直接安裝在起到主節點VM功能的計算裝置，也可設置為單獨的計算裝置並通過網路10與主節點MN及多個代理節點AN相連接。
本公開的實施例並非羅列所有可能的組合，僅用於說明本公開的代表性實施方式，在多種實施例中說明的事項可獨立應用或以兩個以上的組合來應用。
並且，本公開的多種實施例可通過硬體、韌體(firmware)、軟體或它們的結合等來實現。在硬體方面，可通過一個或一個以上的特殊應用積體電路(ASICs，Application Specific Integrated Circuits)、數位訊號處理器(DSPs；Digital Signal Processors)、數位訊號處理器裝置(DSPDs，Digital Signal Processing Devices)，可程式化邏輯裝置(PLDs，Programmable Logic Devices)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGAs，Field Programmable Gate Arrays)、通用處理器(general processor)、控制器、微控制器、微處理器等來實現。
本公開的範圍包括可使多種實施例的操作在裝置或電腦上運行的軟體或機器可運行的指令(例如，作業系統、應用程式、韌體、程式等)及儲存這些軟體或指令等的裝置或可在電腦上運行的非暫態電腦可讀媒體(non-transitory computer-readable medium)。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:網路 20:虛擬機器監視器 100:虛擬記憶體 200:記憶體管理裝置 210:虛擬記憶體監控部 220:本地記憶體監控部 230:虛擬記憶體管理部 VM:虛擬機 G1、G2、G3、Gm:客戶機記憶體區域 MN:主節點 AN:代理節點 S1、S2、S3、Sn:計算裝置
圖1為本發明一實施例所提供的虛擬機的記憶體管理裝置的虛擬化系統的簡要示圖；以及 圖2為本發明一實施例之的虛擬機的記憶體管理裝置的結構的系統方塊圖。
10:網路
20:虛擬機器監視器
100:虛擬記憶體
200:記憶體管理裝置
VM:虛擬機
G1、G2、G3、Gm:客戶機記憶體區域
MN:主節點
AN:代理節點
S1、S2、S3、Sn:計算裝置

Claims (5)

  1. 一種虛擬機的記憶體管理裝置，該虛擬機由物理上獨立並通過一網路互相連接的多個計算裝置構成； 其中，當將該些計算裝置中的任一個作為一主節點並將剩餘的作為代理節點時，由該主節點生成的虛擬機的記憶體通過分配該些計算裝置的本地記憶體來構成一虛擬記憶體，該虛擬記憶體被劃分為多個客戶機記憶體區域並被分配到多個客戶機； 其中，該記憶體管理裝置包括： 虛擬記憶體監控部，監控分別向該些客戶機分配的該些客戶記憶體區域各自的即時使用量； 本地記憶體監控部，監控該些計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量及閒置記憶體容量；以及 虛擬記憶體管理部，若向該些客戶機中的任一個客戶機分配的一特定客戶機記憶體區域的即時使用率達到基準值以上，則指定能夠在該些計算裝置的本地記憶體中作為閒置記憶體使用的至少一計算裝置，將與該特定客戶機記憶體區域及要使用該閒置記憶體的一特定計算裝置相關的資訊向該主節點傳遞。
  2. 如請求項1所述之虛擬機的記憶體管理裝置，其中，該虛擬記憶體監控部通過在由該主節點生成的該虛擬記憶體的各個客戶機記憶體區域中監控客戶機作業系統的即時數據傳輸來計算該客戶機記憶體區域中的即時使用量。
  3. 如請求項1所述之虛擬機的記憶體管理裝置，其中，該些代理節點即時向該主節點傳輸與各個本地記憶體的使用量相關的數據以及與未使用的閒置記憶體的容量相關的數據，該本地記憶體監控部基於在該主節點以及該些代理節點之間通訊的即時數據來監控該些計算裝置各自的本地記憶體的即時使用量以及閒置記憶體容量。
  4. 如請求項1所述之虛擬機的記憶體管理裝置，其中，該記憶體管理裝置設置在起到該主節點功能的計算裝置。
  5. 如請求項1所述之虛擬機的記憶體管理裝置，其中，該記憶體管理裝置通過該網路來與該主節點以及該些代理節點相連接。
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