玩转KVM系列四：探秘内存balloon的神奇之处

玩转KVM: 内存balloon的奇妙

前言

上篇介绍了kvm的KSM内存合并技术，了解KSM的应用场景。下面进一步KVM的内存气球balloon。

KVM的balloon技术原理

  balloon技术应用场景
下面总结了一下内存气球使用时候的情况：
Ballooning在节约内存和灵活分配内存方面有明显的优势，其好处有如下三点。

①　因为能够控制和监控ballooning，所以ballooning能够潜在地节约大量的内存。它不同于内存页共享技术（KSM是内核自发完成的、不可控），VM系统的内存只有在通过命令行调整balloon时才会随之改变，所以能够监控系统内存并验证ballooning引起的变化。

②　Ballooning对内存的调节很灵活，既可以精细的请求少量内存，又可以粗犷的请求大量的内存。

③　hypervisor使用ballooning让VM归还部分内存，从而可以缓解其内存压力。而且从气球中回收的内存也不要求一定要被分配给另外某个进程（或另外的VM）。

从另一方面来说，KVM中ballooning的使用不方便、不完善的地方也是存在的，其缺点也有如下几个。

①　Ballooning需要VM操作系统加载virtio_balloon驱动，然而并非每个VM系统都有该驱动（如windows需要自己安装该驱动）。

②　如果有大量内存从VM系统中回收，Ballooning可能会降低VM操作系统运行的性能。一方面，内存的减少，可能会让VM中作为磁盘数据缓存的内存被放到气球中，从而VM中的磁盘I/O访问会增加；另一方面，如果处理机制不够好，也可能让VM中正在运行的进程由于内存不足而执行失败。

③　目前没有比较方便的、自动化的机制来管理ballooning，一般都是采用在QEMU monitor中执行balloon命令来实现ballooning的。没有对VM的有效监控，没有自动化的ballooning机制，这可能会让生产环境中实现大规模自动化部署并不很方便。

④　内存的动态增加或减少，可能会使内存被过度碎片化，从而降低内存使用时的性能。另外，内存的变化会影响到VM内核对内存使用的优化，比如：内核起初根据目前状态对内存的分配采取了某个策略，而突然由于balloon的效果让可用内存减少了很多，这时起初的内存策略可能就不是太优化的了。

balloon技术实践

  KVM中的Ballooning是通过宿主机和VM协同来实现的，在宿主机中应该使用2.6.27及以上版本的Linux内核（包括KVM模块），使用较新的qemu-kvm（如0.13版本以上），在VM中也使用2.6.27及以上内核且将“CONFIG_VIRTIO_BALLOON”配置为模块或编译到内核。在很多Linux发行版中都已经配置有“CONFIG_VIRTIO_BALLOON=m”，所以用较新的Linux作为VM系统，一般不需要额外配置virtio_balloon驱动，使用默认内核配置即可。

 我在windows2008R2和centos7下面完成balloon的应用操作。

Centos7：

VM查看balloon状态：
在vm中，可以通过内核，模块加载，pci设备等查看balloon是否正常运行。

  [root@kvm-guest~]# grep VIRTIO_BALLOON \ /boot/config-2.6.32-279.el6.x86_64

CONFIG_VIRTIO_BALLOON=m

[root@kvm-guest ~]# lsmod | grep virtio

virtio_balloon          4856  0

virtio_pci              7113  0

virtio_ring             7729  2 virtio_balloon,virtio_pci

virtio                  4890  2 virtio_balloon,virtio_pci



[root@kvm-guest ~]# lspci -s 00:04.0 -v

00:04.0 Unclassified device [00ff]: Red Hat, Inc Virtio memory balloon

Subsystem: Red Hat, Inc Device 0005

Physical Slot: 4

Flags: fast devsel, IRQ 10

I/O ports at c100 [size=32]

Kernel driver in use: virtio-pci

Kernel modules: virtio_pci

 根据上面输出可知，VM中virtio_balloon模块已经加载，有一个叫做“Red Hat, Inc Virtio memory balloon”的PCI设备，它使用了virtio_pci驱动。如果是WindowsVM，则可以在“设备管理器”看到使用VirtIO Balloon设备，稍后可以检验一下。

在宿主机查看并设置balloon：

我通过virsh工具，

virsh # qemu-monitor-command centos7.0 --hmp --cmd info     balloon
balloon: actual=4096


virsh # dommemstat centos7.0
actual 4194304
last_update 1524110865
rss 2362284

设置balloon
virsh # qemu-monitor-command centos7.0 --hmp --cmd balloon 2046

virsh # dommemstat centos7.0
actual 2095104
last_update 1524110865
rss 2358728

或者
virsh # setmem centos7.0 2Gib # --size默认是Kib

actual 2097152
swap_in 0
swap_out 0
major_fault 245
minor_fault 154498
unused 3772824
available 3881744
rss 1034116

如果没有使用Balloon设备，则monitor中用“info balloon”命令查看会得到“Device 'balloon' has not been activated”的警告提示。而“balloon 2046”命令将VM内存设置为2046MB。

（4）设置了VM内存为512 MB后，再到VM中检查，如下所示。

[root@kvm-guest ~]# free -m

      total      used        free      shared  buff/cache   available
Mem:     1742       236        1224           0         281        1280
Swap:    2047           0        2047

   如果是WindowsVM（如Win7），当balloon使其可用内存从2GB降低到512MB时，在其“任务管理器”中看到的内存总数依然是2GB，但是看到它的内存已使用量会增大1536MB（如从其原来使用量350MB，变为1886MB），这里占用的1536MB正是Balloon设备占用的，WindowsVM系统其他程序已不能使用这1636 MB内存，这时宿主机系统就可以再次分配这里的1536MB内存用于其他用途。

  另外，值得注意的是，当通过“balloon”命令让VM内存增加时，其最大值不能超过QEMU命令行启动时设置的内存，例如：命令行中内存设置为2048MB，如果在Monitor中执行“balloon 4096”则设置的4096MB内存不会生效，其值将会被设置为启动命令行中的最大值（即2048MB）。