本文主要是介绍Linux KVM - 記憶體最佳化管理與應用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
Linux KVM 研究室
http://linuxkvm.blogspot.com/2011/06/linux-kvm_19.html
即使到現在，大部分的虛擬系統，在面對虛擬電腦記憶體的管理與分配上，所採用的方式，就是設定多少記憶體的容量，只要虛擬電腦一開機，實體電腦就會切割出多大的記憶體來讓虛擬電腦使用，例如，建立虛擬電腦時，若設定記憶體為 512 MB，只要虛擬電腦一開機，實體記憶體就會劃分出 512 MB 的記憶體給虛擬電腦使用，且每一台虛擬電腦都單獨處理，也就是說，若每一台虛擬電腦的記憶體大小都設定為 512 MB，則開啟兩台虛擬電腦，實際記憶體就必須空出 1 GB 的空間來，以此纍加，直到實體記憶體用光為止。
虛擬系統採用這樣的設計，一般來說，這樣的設計有以下的優點：
- 簡化虛擬系統對記憶體的管理，減輕虛擬系統管理面的負擔
- 各虛擬電腦記憶體彼此各自獨立使用，互不干擾，也互不影響
- 記憶體閒置時，多出來的記憶體空間無法使用，反而造成閒置資源的浪費
- 相同的記憶體內容，重覆在各個獨立劃分的記憶體區塊中，形成記憶體使用上的浪費
那 Linux KVM 呢？在記憶體的管理上，它又是使用哪一種方式呢？其實，Linux KVM 本身包含三種不同的記憶體管理模式：
- 一次佔滿：說穿了，這就是上述一般虛擬系統的記憶體管理模式，設定多少，就一次給多少記憶體空間，適合運用在記憶體使用量大，且資料異動頻繁的系統之上，如提供資料庫服務的虛擬電腦
- Virtio balloon：Balloon 有氣球的意思，簡單來說，就是在劃分的記憶體區塊內，塞入一個氣球，當氣球越大（佔的空間越多），就表示虛擬電腦此時使用的記憶體較少，相對來說，實體電腦（Host OS）可動用的記憶體就變多了
- Kernel Sharedpage Merging（KSM）：兩台，或兩台以上的虛擬電腦，若所用的記憶體內容都相同，那實體電腦會整合為一份，讓所有虛擬電腦共用此記憶體區塊，而不需要再新增多個相同的記憶體內容區塊給其他虛擬電腦使用，以減少記憶體的浪費
基本上，〝一次佔滿〞的記憶體設定方式，運用在大部分的虛擬系統之上，使用狀況比較單純，也因此比較沒有所謂管理方面的問題，只要實體電腦（Host OS）記憶體容量夠大，要給虛擬電腦多少的記憶體大小，就直接設定多少，等到虛擬電腦一開機，記憶體就直接被劃分出去，而至於虛擬電腦實際上記憶體的使用量是不足，或是過剩，則無法在開機狀況進行任何異動與處理，也沒也任何監控的機制，不過，〝Virtio balloon〞與〝KSM〞的記憶體管理模式，對於記憶體的管理與分配上，就比較具有兼顧效能與資源管理的功能，以下就分開介紹。
Virtio balloon
在前述中，提到〝Virtio balloon〞的記憶體管理方式，就是會在被劃分的記憶體區塊（最大記憶體容量）之中，塞入一個氣球，而這個氣球，則會將記憶體分為兩個區域，如下圖所示：
這兩區塊方別為〝Current Allocation〞或稱為〝系統初始值〞，另一區塊可稱為〝Balloon 區（氣球區）〞或是〝容量異動區〞，而〝系統初始值〞，表示虛擬電腦一開機時，至少會分配〝系統初始值〞大小的記憶體給虛擬電腦使用，若初始記憶體大小不敷使用，則會由〝容量異動區〞釋放記憶體空間給虛擬電腦使用，此時〝容量異動區〞的容量就會縮小（氣球縮小），反之，若虛擬系統閒置時，記憶體使用量小，則多出的記憶體空間，就會回到〝容量異動區〞，但不管〝容量異動區〞怎樣的變動，〝系統初始值〞與〝容量異動區〞的記憶體空間的總和，則為虛擬電腦的當初設定的最大記憶體空間（Maximum allocation）。
查詢〝Virtio balloon〞的記憶體大小
有三種方式可以得知與設定〝Virtio balloon〞的記憶體大小，分別如下：
- xml 檔案：xml 檔案最一開始有兩個設定標籤，一個為 〝〞，另一個則為〝〞，前者就是系統最大記憶體空間的大小，後者則為〝系統初始值〞的記憶體大小，而兩者差值，則為〝容量異動區〞的記憶體空間，也就是所謂的〝Balloon 區
備註1:在 xml 檔案中，記憶體空間數值的單位為 kb，而 1 MB 則為 1024 kb，以上圖的 524288 kb，其實就等同於 512 MB（1024 x 512）
- 視窗管理工具：在 virt-maneger 管理工具中，虛擬電腦的硬體資訊頁面，記憶體的欄位內，就有〝Current allocation〞與〝Maximum allocation〞這兩個記憶體設定區域
- 終端機查詢：virsh 的指令中，有個指令可以查詢虛擬電腦的基本資訊，在終端機輸入以下指令：
$ sudo virsh dominfo Ubuntu1004（Ubuntu1004 為欲查詢的虛擬電腦名稱）
上圖即為指令輸出結果，紅色區域就是記憶體相關資訊
備註2：上圖中，〝Id〞的欄位值為〝-〞，這表示目前此虛擬電腦處在關機狀態中，若以開機，則會有一組隨機數值
啟動〝Virtio balloon〞記憶體管理方式
然而，以 Ubuntu 10.04 LTS 版本來說，其內定是沒有啟動〝Virtio balloon〞的記憶體管理方式，必須先針對系統（實體電腦）進行修改，才能開啟〝Virtio balloon〞的功能，如果沒有開啟，接下來所介紹的記憶體修改方式，可是無法套用的喔！
開啟〝Virtio balloon〞功能的設定，是在實體電腦上進行，先開啟終端機，並切換到 /usr/bin 目錄，並依序進行以下動作：
$ sudo mv kvm kvm.real （若需要輸入密碼，請輸入管理員密碼）
$ sudo vim kvm （若系統無安裝 vim ，可用 nano 這套來代替）
在新開啟的 kvm 檔案內，輸入以下內容：
#!/bin/bash
exec /usr/bin/kvm.real -balloon virtio "$@"
輸入完成，存檔之後退出編輯，接著賦予檔案執行的權限：
$ sudo chmod +x kvm
這樣就完成開啟〝Virtio balloon〞的功能了。
修改〝Virtio balloon〞的記憶體大小
既然有上述三個地方可以顯示〝系統初始值〞與〝最大系統記憶體〞的記憶體空間，當然就可以進行記憶體大小型調整，其中，xml 與視窗管理工具的修改方式，比較直覺化，共同的特點，就是必須在關機的情形下，才能進行修改，而 xml 檔案修改完成之後，必須重新定義此 xml 檔案，這樣新的設定值才會套用到虛擬電腦之上。
比較特別的，就是利用 virsh 內定的指令來〝動態〞進行〝系統初始值〞記憶體大小的修改，先來查詢目前虛擬電腦記憶體的狀態，指令如下：
$ sudo virsh dominfo Ubuntu1004
直接在虛擬電腦之內查詢目前系統記憶體使用狀態（在終端機下輸入： free -m）：
由上圖得知，目前記憶體的使用狀況不到 64 MB，那嘗試將記憶體閒置的空間釋放到 Balloon 區域，可以利用以下指令來縮小〝系統初始值〞，並查詢縮小之後的記憶體配置：
$ sudo virsh setmem Ubuntu1004 262144
$ sudo virsh dominfo Ubuntu1004
查詢之後，發現〝系統初始值〞的記憶體空間確實有縮小，那實際在虛擬電腦系統之內呢？在虛擬系統之內，在終端機下輸入 free -m ，其輸出如下：
這邊就可以明顯的發現，〝total〞欄位的記憶體空間縮小了，這就是動態線上調整虛擬電腦記憶體的模式。
Kernel Sharedpage Merging（KSM）
前面提到，兩台，或兩台以上的虛擬電腦，若所用的記憶體內容都相同，那 KSM會整合為一份共用的記憶體區塊，而不需要再新增多個相同的記憶體內容區塊，以減少記憶體的浪費，這個部分是虛擬系統會自行調整設定，只需要確認 KSM 是否有啟動就好，確認方式如下：
$ cat /etc/default/qemu-kvm （在實體電腦之內）
若看到〝KSM_ENABLED〞的數值為 1，就表示虛擬系統已經啟動 KSM 的功能了，而藉由以下指令，可以來查詢可以共用的 page 有多少：
$ cat /sys/kernel/mm/ksm/pages_sharing
系統會回應一個數值，此數值所表示的就是 page 的大小（可共用的記憶體區塊大小），啟動同系統的虛擬電腦越多，此數值就會越大，代表可共用的記憶體區塊越大。
而由另一指令，則可以查詢目前已共用的 page（記憶體區塊）的大小，指令如下：
$ cat /sys/kernel/mm/ksm/pages_shared
系統一樣會回應一個數值，而此數值則表示目前已經共用的記憶體區塊大小，如果將兩者數值相除（已共用的記憶體區塊 / 可共用的記憶體區塊），數值越大，則表示效能越好，記憶體最佳化越好。
这篇关于Linux KVM - 記憶體最佳化管理與應用的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
