基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法技术

本发明专利技术公开一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，包括以下步骤：将虚拟机的迁移标志设置为开启，在虚拟机管理层申请“脏页缓冲区”；判断造成缺页的读写标志，如果是读标志，则需要设置TLB的只读标志位；如果是写标志，计算虚拟地址对应的宿主机页面号，并记录脏页；在数据流异常处理流程中，重填TLB，判断此时TLB是否真正具有只读标志，如果没有则需要记录脏页；否则，进入正常的数据流异常处理流程中。本发明专利技术通过虚拟地址到宿主机页面的映射关系，在特权指令模式下实现脏页记录过程，无需维护额外的影子页表，节约大量的内存资源；无需频繁虚拟机退出操作，节约大量的CPU资源，并且大幅度提高了TLB的命中率，进而提高CPU执行效率。CPU执行效率。CPU执行效率。

【技术实现步骤摘要】
基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法


[0001]本专利技术涉及一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，属于计算机
，尤其是国产申威多核服务器操作系统


技术介绍

[0002]随着云计算和数据中心的快速发展，虚拟机动态迁移成为虚拟化技术应用的重要方面。虚拟机动态迁移需要在虚拟机不停机状态下，通过多轮迭代拷贝所需迁移的脏页，最终将虚拟机的所有页面迁移到目标宿主机。因此，快速稳定的记录脏页成了虚拟机动态迁移的关键技术。
[0003]目前，从软件层面支持虚拟机动态迁移时脏页记录的技术是影子页表。影子页表（Shadow page tables）支持从客户机虚拟地址到宿主机物理地址的转换。为了实现这一功能，对于客户机的每一个进程都存在一组影子页表与其对应，这将占据大量的内存资源。其次，影子页表必须与客户机页表保持同步，而每次对客户机页表的修改，也必须经过影子页表，在TLB Miss过程中需要频繁的虚拟机退出，这对CPU的性能有非常高的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，该技术通过虚拟地址到宿主机页面的映射关系，直接在TLB Miss和数据流异常的处理过程中，设置虚拟机的脏页位，而无需进行虚拟机退出动作；因此节省了维护影子页表的大量内存，同时节约了由于虚拟机退出带来的CPU资源消耗，进一步提升了虚拟机的性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，包括以下步骤：S1：在虚拟机迁移过程开始前，将控制状态寄存器中的迁移标志设置为开启；S2：在虚拟机管理层申请“脏页缓冲区”；S3：虚拟机TLB Miss过程中，判断造成缺页的读写标志，如果是读标志，则设置此时虚拟地址对应的TLB设为只读；如果是写标志，计算虚拟地址对应的宿主机页面号，并记录脏页；S4：虚拟机数据流异常处理过程中，重填虚拟地址对应的TLB，判断此时TLB是否真正具有只读标志，如果没有则需要记录脏页；否则，进入正常的数据流异常处理流程中；S5：退出到宿主机，根据虚拟机管理层记录的脏页位，将相应脏页迁移到目的虚拟机。
[0006]上述技术方案中进一步改进的方案如下：1. 上述方案中，所述脏页记录是在特权指令模式下实现的。
[0007]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1）本专利技术基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，不需要维护额外的影子页表，节约了宝贵的内存资源；2）本专利技术基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，在Hmcode（特权指令）模式
下实现脏页记录过程。相比传统的脏页记录方法，无需频繁退出虚拟机，节约大量的CPU资源，大大降低了对于CPU性能的要求。
[0008]3）本专利技术基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，在虚拟机模式下直接完成脏页记录过程，无需退出虚拟机，因此减少了由于虚拟机退出和进入带来的TLB清空与重填，极大程度提高了TLB命中率，进而提高CPU执行效率。
附图说明
[0009]附图1为本专利技术流程示意图；附图2为本专利技术另一流程图。
具体实施方式
[0010]如图1和2所示，一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，包括以下步骤：S1：在虚拟机迁移过程开始前，将控制状态寄存器中的迁移标志设置为开启；S2：在虚拟机管理层申请“脏页缓冲区”；S3：虚拟机TLB Miss过程中，判断造成缺页的读写标志，如果是读标志，则设置此时虚拟地址对应的TLB设为只读；如果是写标志，计算虚拟地址对应的宿主机页面号，并记录脏页；S4：虚拟机数据流异常处理过程中，重填虚拟地址对应的TLB，判断此时TLB是否真正具有只读标志，如果没有则需要记录脏页；否则，进入正常的数据流异常处理流程中；S5：退出到宿主机，根据虚拟机管理层记录的脏页位，将相应脏页迁移到目的虚拟机。
[0011]所述脏页记录是在特权指令模式下实现的。其中，图1和图2中，“Y”代表的“是”，“N”代表的是“否”，“VA”代表的是“虚拟地址”。
[0012]实施例进一步解释如下：实施例1：在虚拟机动态迁移过程中，假设客户机1中页面A由于某条写指令导致TLB Miss，此时访存指令的虚拟地址为va（virtual address），通过定制TLB代换直接得到对应的宿主机的pa（physical address，PA）。在特权指令模式下，通过计算对应的页面为pfn = pa >> PAGE_SHIFT（其中PAGE_SHIFT为页面位数），设置脏页缓冲区的第pfn位为脏位。在动态迁移迭代过程中，Hypervisor收集这些脏页，并将脏页迁移到目标机器，实现动态迁移。
[0013]实施例2：在虚拟机动态迁移过程中，假设客户机1中页面B由于某条读指令导致TLB Miss，此时Hmcode装填读指令的虚拟地址va到TLB中，并且设置了只读属性, 通过定制TLB代换直接得到对应的宿主机的pa。之后，客户机1发生对页面B的写操作，由于此时此页面设置了只读属性，因此会进入数据流异常处理流程。在数据流异常处理流程中，Hmcode重填VA对应的TLB，并且判断没有只读属性，因此确定此数据流异常是由于TLB Miss添加只读属性造成的。在特权指令模式下，通过计算对应的页面为pfn = pa >> PAGE_SHIFT，设置脏页缓冲区的第pfn位为脏位。在动态迁移迭代过程中，Hypervisor收集这些脏页，并将脏页迁移到目标机器，实现动态迁移。
[0014]1）设置脏页位：假设需要设置脏页为第y个页，而脏页缓冲区首地址为dirty_addr，则需要设置缓冲区第y位为1，即设置dirty_addr +(y/8)地址的(y%8)位为1。
[0015]2）收集脏页：Hypervisor通过扫描“脏页缓冲区”确定需要迁移的脏页，并将这些页对应的位置0。
[0016]为了便于更好的理解本专利技术，下面将对本文中使用的术语进行简要的解释：虚拟机动态迁移：指在虚拟机不停机状态下，在不同物理机器之前移动正在运行的虚拟机的技术。
[0017]TLB（转换检测缓冲区）：是一个内存管理单元，用于改进虚拟地址到物理地址转换速度的缓存，能够有效减少寻找物理地址所消耗时间。
[0018]TLB Miss（TLB失效）：通过TLB快速映射表没有查询到访存虚地址对应的表项。
[0019]TLB代换：通过一定规则，将访存的虚拟地址计算出实际对应的物理页面的页面号，并将虚页号作为索引，物理页号、访问权限作为内容保存到快速映射表，以方便后面的访存指令快速得到实际物理页面。
[0020]数据流写异常：操作系统对一个标记只读属性的页面进行写操作引发的异常，一般是由于进程的写时复制机制引起的。
[0021]Hypervisor：虚拟机管理层，又称虚拟机监视器（virtual mac本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于定制TLB代换的虚拟机迁移时脏页记录方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：在虚拟机迁移过程开始前，将控制状态寄存器中的迁移标志设置为开启；S2：在虚拟机管理层申请“脏页缓冲区”；S3：虚拟机TLB Miss过程中，判断造成缺页的读写标志，如果是读标志，则设置此时虚拟地址对应的TLB设为只读；如果是写标志，计算虚拟地址对应的宿主机页面号，并记录脏页；S4：虚拟机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，王星焱，林海南，黄高阳，郑岩，邹通，
申请(专利权)人：无锡江南计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：