虚拟机Xen内存紧压缩算法探究及实现

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1、虚拟机Xen内存紧压缩算法探究及实现摘要：在存储数据时，人们使用数据压缩技术，节省了存储空间和传输带宽。在虚拟技术和云技术领域，内存的高效使用更加重要。本文分析了操作系统内存压缩原理和虚拟机Xen的体系结构，提出了在虚拟操作系统Xen中的一种新的内存压缩算法，该算法在理论上提高了虚拟机Xen对内存的有效使用情况。关键词：虚拟机Xen内存压缩中图分类号：TP301.6文献标识码：A文章编号：1007-9416(2013)02-0116-021内存紧压缩算法思想内存压缩机制是在系统的存储层次中加入一层压缩层。系统在该层中以压缩的格式保存物理页面，

2、当页面再次被系统引用时，解压该压缩页后，即可使用。我们将管理这一压缩内存层的相关硬件及软件的集合统称为内存压缩系统。内存压缩系统对于CPU、I/O设备、设备驱动以及应用软件来说是透明的，但是操作系统必须具有管理内存大小变化以及压缩比率变化的功能。对于大多数的操作系统而言，要实现内存压缩，大部分体系结构都不需要改动。在标准的操作系统中，内存都是通过固定数目的物理页框来描述的，由操作系统的VMM来管理。要支持内存压缩，OS要管理的实际内存大小和页框数目是基于内存的压缩比率来确定的。这里的内存是指操作系统可用的内存大小，它与物理内存的关系如下：假设

3、PM是物理内存，RM(t)是系统在t时刻的实际内存，而CR(t)是压缩比率，在给定时刻t可支持的最大实际内存为RM(t)=CR1(t)XPMO然而，由于应用程序的数据压缩率是不依赖于OS而动态变化的，未压缩的数据可能会耗尽物理内存，因此当物理内存接近耗尽时，操作系统必须采取行动来解决这个问题2操作系统对内存压缩的支持内存压缩技术的主要思想是将数据按照一定的算法压缩后存入压缩内存中，系统从压缩内存中找到压缩过的数据，将其解压后即可以供系统使用。这样既可以增加实际可用的内存空间，又可以减少页面置换所带来的开销，从而以较小的成本提高系统的整体性能对

4、于大多数的操作系统而言，要实现内存压缩，大部分体系结构都不需要改动。在标准的操作系统中，内存都是通过固定数目的物理页框(pageframe)来描述的，由操作系统的VMM来治理。要支持内存压缩，OS要治理的实际内存大小和页框数目是基于内存的压缩比率来确定的。这里的实现内存是指操作系统可的内存大小，它与物理内存的关系如下：假设PM是物理内存，RM(t)是系统在t时刻的实际内存，而CR(t)是压缩比率，在给定时刻t可支持的最大实际内存为RM(t)=CR1(t)XPMO然而，由于应用程序的数据压缩率是不依靠于OS而动态变化的，未压缩的数据可能会耗尽物

5、理内存，因此当物理内存接近耗尽时，操作系统必须采取行动来解决这个问题。因此操作系统经常采用以下的机制支持内存的压缩(1)监控物理内存通过轮询或中断法，查看物理内存的使用情况，并在物理内存耗尽前给出警告。压缩内存治理例程是通过压缩内存控制器中的一些寄存器来实现对物理内存的监控，因此我们在虚拟操作系统xeri层增加了监控物理内存使用情况的控制器，同时设置一个阈值，通过轮询和中断结合的方法监控物理内存，当超过阈值，内存控制器发出警告，启动内存回收模块，进行内存的回收和压缩。(2)回收内存操作系统监控内存的变化，当可空闲内存达到一定的阈值后，进行内存

6、的回收，以便新的内存申请可以被响应。3Xen体系结构分析xen是贝尔实验室研究的一个开放源代码软件，也是目前云计算中使用最多的一个虚拟机。Xen集成了一个高性能的用于资源管理的虚拟机监视器。Xen能够支持的应用比如:serverconsolidation,co-locatedhostingfacilities,distributedwebservices,securecomputingplatforms和applicationmobility等。Xen成功的对一台计算机进行划分，使得能够支持多个操作系统的并发运行，并且每个操作系统是相互独立、

7、隔离的。每台虚拟机的执行不会影响另一台虚拟机的性能，这一点在操作各个虚拟机的用户相互间并不信任的情况下显得特别重要。其次，xen支持多种多样的不同操作系统以提供给各种异构的流行应用的支持（这里的异构指的是应用开发依托的操作系统不同），因此在实现上也就有很大差异，使得应用并不能够跨平台移植，因为Xen不需要对应用程序进行修改，那么它支持各种常用的操作系统。第三，由虚拟化技术xen引入的性能开销很小。Xen操控的是常用的操作系统，但是需要对操作系统中的某些相关部分进行一些修改。Xen使得用户能够动态地实例化一个操作系统，以执行他们需要的应用。Xe

8、n就是以整个操作系统的粒度复用物理资源，它能够提供在操作系统间的性能隔离。相对于进程级的资源复用，Xen要允许一定范围内的guestOS“和平”共存，而并非去指定一