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VMware内存分配初探  

2010-05-17 21:15:36|  分类: 操作系统和虚拟化 |  标签: |举报 |字号 订阅

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版权声明:原创作品,允许转载,转载时请务必以超链接形式标明文章 原始出处 、作者信息和本声明。否则将追究法律责任。http://delxu.blog.51cto.com/975660/281559

【写在前面的说明】

为方便识别虚拟的资源和物理(或叫真实的)资源,本人文章中以小写字母v前缀标识虚拟资源,小写字母p前缀标识物理资源。例如:

vCPU = 虚拟CPU
pCPU = 物理CPU
vRAM = 虚拟机的内存,也称之为Guest OS配置内存(Configured Size),或者说GOS的物理内存
pRAM = 物理内存,也称机器内存(Machine Memory),或主机物理内存(Host Physical Memory)

=============================================
VM的内存资源分配,有3个可以配置的项:Limit,Reservation和Shares
VMware内存分配初探 - 幽绿丛林 - 我的博客

【Memory Limit】

Memory Limit,顾名思义,内存上限,就是Host可以分配给此VM的pRAM数的上限。
默认情况下是选中unlimited复选框的,也就是不设上限。不设上限不意味着没有上限,隐含的上限值是分配给VM的内存值。

Q: 什么情况下要设置Memory Limit呢?(或者说Memory Limt有什么好处?)
A: 一般情况下不用设置Memory Limt。

Limit通常用来管理用户预期。开始的时候,Host上的VM数量比较少,没有资源争用,因此VM的性能完全可以保证;随后,当一台又一台VM创建出来,对于资源的争用渐渐变的频繁起来。于是VM的性能下降了,用户便会产生抱怨。因此,设置limit可以从一开始就限定VM的性能,也就是让用户一开始就觉得他的VM就应该是这样的性能,当VM数量增加的时候,也不会感觉到性能的下降。当然,Memory Limit设置在什么数值比较合理应该具体情况具体分析。

那为啥不把VM的内存(Configured Size)设小呢?这也是考虑用户心理。有用户会觉得自己的应用就是需要4GB内存,虽然我们经过分析得出的结论是只需要1GB内存就够了,但是为了考虑用户的感受,就给他设置VM的内存为4GB,于是用户看见自己的OS显示有4GB内存,就很满意,但是他不知道的是我们给他的VM设置了1GB 的Memory Limt,这样,既保证了Host的资源可以更合理的利用,又让用户感到满意。

当用户的应用越来越频繁,其对内存的需求增加的时候,这时再来调整Memory limt,以满足其对性能的要求。调整Memory Limt无需停机,而如果开始时虚拟机的内存设的小了,此时调整内存数量就要停机了。设置Memory limt的好处就在于减少了不必要的downtime。

调整memory limit的动作,其实就是通知Hypervisor将某一VM可用的pRAM放大,而无需通知GOS,所以无需GOS重启。(简单的说,就是改Hypervisor,而和GOS无关)

专用名词解释 Configured Size
Configured Size可以翻译成配置内存,就是用户在创建一个VM的时候设定的内存值,也是Guest OS认为自己拥有的内存值。Configured Size在VM看来就是自己可用内存的总量,有的时候我们也称之为Guest Physical Memory。如果
 

【Memory Reservation】

Memory Reservation就是给一台VM保留的内存。这些pRAM将被占用,只能用于此VM,而不会被重新分配。VM默认的Memory Reservation是0,也就是不保留内存。如果给1台VM配置了1GB内存,但是Memory Reservation是默认的0MB,也就是说没有给这台VM分配任何专属的pRAM,那么这台VM的内存从哪里获得呢?答案是Swap(可以翻译为交换文件),也叫VMKernel swap,这是一个存放在硬盘资源上的交换文件(扩展名为vswp),这个swap文件大小在默认情况下等同于VM设定内存的大小。

所以,即使1台VM没有获得任何pRAM,它还是可以运行的,因为从VM Guest OS看来,自己还是有RAM的,这个RAM就是硬盘上的swap文件。

但是,我们知道,硬盘的访问是一种机械运动(注:非SSD硬盘情况下),速度要远远比物理内存慢。慢到什么程度呢?RAM速度大概是纳秒级的,而硬盘的速度是毫秒级的,2者相差近100万倍。所以使用swap越多,速度就越慢。对Windows Paging技术熟悉的同学们一定知道,缺少内存的电脑速度非常之慢,主要就是因为经常访问存放在硬盘上的pagefile,这种问题的解决方案就一定是添加物理内存。对于VM也是如此,如果大量使用swap,VM一定会显得非常之慢。

那么当ESX/ESXi还有可用内存的情况下,VM是不是还一定要用swap当内存呢?
答案是不用。Memory Reservation为0的VM没有专属的pRAM,但并不意味着这台VM没有物理内存可以用,只是没有独占某些物理内存而已,在共享物理内存池中的内存还是可以使用的。VMware ESX/ESXi在物理内存资源充足的情况下,总是会给VM分配足额的pRAM,因此VM无需使用Swap,这保证了VM的运行速度。比如1台可用物理内存是3GB(忽略COS和Hypervisor所占用的内存开销)的ESX/ESXi主机上,运行了2台VM,每台VM各配置了1GB的内存,此时,共享内存池中有3GB的内存,而实际需求只有2GB,因此2台VM都能获得1GB的pRAM。

当你给这2台VM各自的Memory Reservation都设置成512MB的时候,这2台VM将各自获得512MB的专属内存,也就是说,无论这2台VM是否实际用到了这512MB内存,这些内存都将保留给它们。此时,共享内存池中可用的内存就只有2GB了。当获得了512MB专属内存之后,VM就不需要1GB那么大的swap了,而只需要512MB的swap就足够保证Guest OS不会没有内存可用。所以此时的swap大小就只有512MB。如果继续增大Memory Reservation到1GB,此时swap就为0。

所以VM内存1GB可能有:

0MB的Memroy Reservation和1024MB的swap,或者
512MB的Memory Reservation和512MB的swap,或者
1024MB的Memory Reservation和0MB的swap

因此我们总结出以下公式:

VM的配置内存 (MB) = Swap文件大小 (MB) + Memory Reservation (MB)
(注:原文可参<vSphere resource mgmt guide> p31:"You must reserve swap space for any unreserved virtual machine memory (the difference between the reservation and the configured memory size) on per-virtual machine swap files.")

Q: 为什么要配置Memory Reservation?
A: 因为硬盘内存的速度太慢,而保留一些物理内存给VM可以保证该VM能至少拥有一部分高速的pRAM资源。

Q: 那么,是不是要给一台VM配置等于其内存大小的Memory Reservation呢?
A: No,这是为什么呢?

这是因为Memory Reservation设的越大,可共享的内存池中的内存也就越少,可配置的VM数量就越少。

还是拿上面的例子来说,如果每台VM的Memory Reservation都是512MB的情况下,3GB的ESX/ESXi的主机最多只能配置6台VM(这是不考虑memory overhead的假想情况下,实践情况可能不到6台),如果Memory Reservation继续增加到每台VM 1GB,那就最多只能配置3台VM了。但是每台VM实际在用内存数可能都没那么多,假设每台VM在用内存的平均数只有256MB,这台主机应该可以运行12台VM,在做了Memory Reservation之后,就只能开启3台或者6台的VM了。

Q:Memory Reservation的那部分内存是不是其他VM就无法使用?
A:不是绝对不能用。但是因为Memory Reservation部分的内存不能被reclaim,所以当1台VM开机的时候,如果当时使用的内存不到Memory reservation的大小,那多余的部分还是可以被其他VM用的;但是当此VM占用的内存达到过Memory Reservation的大小以后,这部分内存就不会交还到可以共享的内存pool中了,就不能再被其他VM用了。

【关于Swap的Q&A】

Q: Swap何时产生?何时消亡?
A: swap文件在一台VM开机的时候生成,关机的时候被删除。

Q: VM开机时,存放位置没有足够的空间来放置Swap,会发生什么?
A: VM无法开机。

Q: Swap的大小?
A: Swap = VM Configured Memory Size - Memory Reservation
swap的大小是固定的,是静态的,是预先分配好空间的,既不会变大也不会缩小。即使VM从来不去用它,也牢牢霸占着磁盘空间。大多数情况下,swap的利用率很低。(swap利用率高了就意味着VM缺少pRAM,就要想办法调整内存设置,或者增加Host的物理内存,或者调整配置以满足VM需求)

Q: Swap的默认位置?
A: 和VM的文件 e.g. VMX, VMDK等在同一目录下

Q: Swap的位置可以改变么?为什么?
A: 可以改,但不建议改。

Swap的存放位置可以改到共享存储的另外的位置,或者Host本地存储的某个位置(Host-local方式)。但是Host-local有个缺点,就是会影响到VMotion的效率,因为在Host本地存储的Swap文件必须在VMotion的时候迁移到另外的主机上;而swap如果是在共享存储上的话,就不需要移动。

Q: Host-local Swap如何设置?如果修改默认swap位置到Host-local?
A: 见vSphere Resouce Management Guide p31

关于host-local swap的更多精妙解释,强烈推荐您读以下Frank的这篇文章:http://frankdenneman.nl/2010/02/impact-of-host-local-vm-swap-on-ha-and-drs/

【Memory Shares】

Memory share简单的说就是份额。当内存资源不足时,VM之间就会产生内存资源的争用。Share就是用来设定VM在争用时能够获得多少份额的内存。

还是拿前面的例子举例。3GB pRAM的ESX/ESXi主机上配置了2台VM,没有配置Reservation,当它们都只有1GB内存的时候,这1GB都可以使用pRAM,现在让我们把这2台VM的内存增加到2GB。现在内存需求的总量是4GB了,VMware将如何分配内存?

首先要明确的是,内存资源只有在争用的情况下才会用到share。上面2台VM虽然都分配了2GB vRAM,但是如果其应用还是都只用到1GB的话,此时没有争用发生,share也就没有发生作用。

当这2台VM都请求2GB内存的时候,就发生了争用。假设他们的share都是1000,那么也就是说,我们把可用内存3GB分成2000份,每台VM可以分到1000份。因此此时每台VM可以获得3GB*1000/2000=1.5GB的内存。

假设VM1用于开发,VM2用于生产,所以我们想把VM2的优先级别设高,便调整VM2的share为2000。此时VM1将获得3GB*1000/(1000+2000)=1GB内存。而VM2将获得3GB*2000/(1000+2000)=2GB的物理内存。

当我们调整VM1的share为500,VM2的share为2000. 此时,根据计算,VM2争用获得的内存是3GB*2000/(500+2000)=2.4GB,而VM1将获得3GB*500/(500+2000)=0.6GB。对吗?且慢,还记得内存limit隐含的上限是VM的配置内存吗?VM2只配置了2GB内存,因此最多只用到2GB内存。所以VM2还是只用2GB内存,而VM1可以使用剩下的1GB内存。

关于VMware Memory分配机制的进一步探讨,敬请期待续篇。

本文出自 “delxu的Live记事本” 博客,请务必保留此出处http://delxu.blog.51cto.com/975660/281559

本文出自 51CTO.COM技术博客
工具软件下载请到馒头软件:http://www.mantoo.com.cn
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