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联通沃云虚拟机扩展内存技术的方法验证研究

2017-11-14  来源:中国信息产业网  作者:孟璞辉 高丰

科技的创新,带来新的应用创新。随着云计算产业与信息系统的快速发展,以及新一代服务器计算能力的不断提升,业务应用对于云计算提供的内存资源的需求愈加巨大,传统的内存超分技术已经难以在平衡成本的同时,提供满足业务需求的内存资源。文章基于这一需求,采用Intel Memory Drive Technology (IMDT)扩展内存技术,配合Intel Optane系列SSD产品,应用在联通沃云云计算场景中。在平衡成本的同时,得到了满足业务需求的性能指标。综合测算,在沃云的大内存型虚机产品中,该方式可使单台服务器节约$2060。

一、研究背景

在云场景下,由于虚拟机的内存占用机制,其内存资源一旦分配,就会被虚拟机操作系统持续占用,即使该虚拟机大量内存资源空闲,被占用的宿主机内存资源也无法被其他虚拟机利用,造成资源池内存资源不足。

针对以上实际生产中的问题,传统的解决方法一般不外呼两种,一种是简答粗暴的增加服务器的内存配比,通过加大内存的方式解决内存不足的问题。第二种方法是通过swap的方式,将部分内存保存在硬盘上,缓解内存不足的压力。

其中方法一,自然是简单有效,并且没有任何风险隐患。然而目前市面上DIM内存普遍价格在$10/GB,高昂的成本对于陷入红海的云计算从业者们更感到雪上加霜,难以接受。

而通过swap的方式解决内存问题则很不可靠。由于linux本身的内存优化机制,还有硬盘本身的性能所限,当应用直接访问swap内的资源时,往往会对应用造成极大的不利影响。

最新的Linux kernel 都支持内存超分(memory overcommit),KVM还可以对相同类型的虚机利用KSM(Kernel same-page merging)合并完全一致的内存页表。但当部署密度较大时,随着活跃的内存页表增加,仍然容易出现swap发生,从而引起前文提到的应用程序被强制中断或者运行异常

在云场景中,虚机内部应用访问到swap资源,造成应用崩溃,进而影响到虚机的稳定性。而当希望重新创建一个新的虚机接替原有的虚机时,本地内存资源仍然在被占用,而新虚机被迫在swap上创建内存,造成新虚机创建失败。这种负面的连锁效应对于整个云计算系统而言是灾难性的。

Optane系列产品作为intel新推出的SSD产品线,采用了创新性的3D Xpoint存储介质,从基础材料上改变了传统NAND SSD的存储特性。其拥有更高的随机写性能,更低的访问延时,和高达30 DWPD(Drive Write Per Day)的耐用性。

Intel Memory Drive Technology (IMDT)是一种全新的扩展内存技术,利用Optane产品的优良特性,以及高效的内存预取算法,可以将Optane 系列SSD产品作为现有DRAM内存的扩充,从而为用户提供一种经济的大内存解决方案。而且这种内存扩展技术,对OS和应用/虚机而言是透明的,也就是不用修改OS内核,软件接口等。对于支持的平台,用户的软件堆栈将可以平滑迁移,提高解决方案上线的效率。

本项目就是针对其IMDT功能在云场景下的应用做出的验证性测试工作。本次实验中的Optane系列SSD产品通过PCIE 3.0接口与服务器相连,以扩展内存的形式为云服务器提供内存资源。

二、 测试环境

在本次测试工作中,我们尝试通过采用Optane来扩展内存,解决内存不足问题。

我们首先在实验室搭建了通沃云生产环境一致的测试环境,宿主机采用的是Dell R730服务器,其处理器为Intel的至强 E5-2650 v4,双路12核,总计48线程。内存采用的是128GB DDR 4内存。硬盘为 SATA SSD。BIOS启动配置修改UEFI:on。宿主机的操作系统为Centos7.1。虚拟机的操作系统是红帽7.3,QEMU为1.5.3版本。IMDT版本为8_2_1455_29。Optane型号为Intel_SSD_DC_P4800X 375GB。

关键词:内存测试 内存采用 内存带宽 虚拟机 内存优化