玩转KVM: 聊聊KSM内存合并

KVM的KSM技术介绍

共享内存的概念在现代操作系统中很常用了，比如，一个程序启动时会与父进程共用它的全部内存。但子或父进程需要修改共享内存的时候，linux便再分配新内存，然后copy原区域内容到新内存。这个过程就叫copy on write。

而KSM是linux的新属性，它做的东西刚好与共享内存相反。 当linux启用了KSM之后，KSM会检查多个运行中的进程，并比对它们的内存。如果任何区域或者分页是一样的，KSM就会毫不犹豫地合并他们成一个分页。 那么新分页也是被标记成copy on write。如果VM要修改内存的话，那么linux就会分配新的内存给这个VM。

KSM技术应用场景

了解了KSM技术后，觉得KSM可以在KVM大有作为哦。

优点：

a. 一个VM启动，则只继承了父进程(qemu-kvm)的内存。一台VM的内存，可以让相同操作系统或者运行相同应用的VM共享。

b. 当开启了KSM，常用的进程数据存在缓存和主内存中。这样可以减少VM的缓存未命中，同时也提高了VM性能。

c. 共享内存降低了VM的总体内存使用率，从而允许更高的密度和更大的资源利用率。

当然每种技术都有局限性的，不同场景下，它的缺点也暴露无疑。

a. 利用KSM使内存超用。这会导致消耗一定的计算资源用于内存扫描，加重了CPU的消耗。内存超用，使得频繁地使用swap交互，导致VM性能下降。

b. KSM使用了边通道(side channels)，可能存在泄露客户信息的潜在风险。为此就要考虑在VM上关闭KSM。

所以总结一下应用的场景：

a. 生产环境慎用，应急时可开启。

b. 测试环境建议使用。

c. 桌面虚拟化环境建议使用，但要注意内存使用情况。

KSM技术实践

Linux的2.6.32 内核中新增了 KSM(Kernel Samepage Merging)，在CentOS 6和Fedora 16中，KSM默认是打开的。而debian和ubuntu默认是没有这个服务的。 KSM通过两个服务：ksmd和ksmtuned实现，管理员应该判断他们的环境并决定保持KSM处于运行状态还是关闭它。

1. 对centos6系统来说，在没有开启KSM时就能够满足虚拟机的内存需求，那么最好关闭KSM。关闭的方法如下：

chkconfig ksmd off 
chkconfig ksmtuned off 
service ksmd off 
service ksmtuned off 

2. 而ubuntu默认没有KSM服务， 如果需要使用则安装ksmtuned服务

sudo apt-get install ksmtuned 
service ksmtuned start 

3. 查看KSM运行情况

在/sys/kernel/mm/ksm目录下，

pages_to_scan： ksmd睡眠前需要扫描多少分页(默认是100)。

sleep_millisecs ：文件定义执行另一次页面扫描前 ksmd 休眠的毫秒数。

max_kernel_pages ：文件定义 ksmd 可以使用的大页面数(默认值是可用内存的 25%，但可以写入一个 0 来指定为无限)。

pages_to_scan ：文件定义一次给定扫描中可以扫描的页面数。任何用户都可以查看。这些文件，但是用户必须拥有根权限才能修改它们。

full_scans ：文件表明已经执行的全区域扫描的次数。

pages_shared：KSM 正在使用的不可交换的内核页面的数量。

pages_sharing：一个内存存储指示。 多少节点被共享并且多少被保存。

pages_unshared：为合并而重复检查的惟一页面的数量。

pages_volatile：频繁改变的页面的数量。

max_page_sharing: 每个分页能运行共享的次数。

merge_across_nodes： 是否指定多个numa节点的内存进行合并。

run ：设置ksm属性的状态。

use_zero_pages ： 是否合并空白分页，默认关闭。

4. KSM设置

即然上面对KSM的作用进行了了解，那么如何在使用KSM时进行调优呢?

KSM的参数可以在/etc/ksmtuned.conf文件中调整。其默认参数如下：

以下是对于该参数的具体解释：

KSM_MONITOR_INTERVAL表示ksm每次内存扫描的时间;

KSM_SLEEP_MSEC表示每次扫描休息的间隔时间(最小值为10)，KSM扫描会占用一些CPU的开销，所以当KVM虚拟机数量或者应用软件较少时可以调整KSM_SLEEP_MSEC至一个较大的值，反之则设置较小的值;同时当Hypervisor里面的虚拟机的内存调优到达一个稳定状态，也可以根据情况把这个参数调小节省CPU的开销;

KSM_THRES_COEF表示临界值系数;

KSM_THRES_CONST表示临界值常量;

KSM_NPAGES_BOOST表示内存页合并增加数量;

KSM_NPAGES_DECAY表示内存页合并减少数量;

KSM_NPAGES_MIN表示内存页合并最小值;

KSM_NPAGES_MAX表示内存页合并大值;

LOGFILE表示ksmtuned的日志存放路径，建议使用默认路径;

DEBUG取消注释才生效，建议使用默认值。

5. 对vm的设置

在kvm环境中，可以选择VM是否允许内存合并。

为了保护客户的信息不泄露，一般我们还是会关闭KSM。步骤很简单，修改VM的xml：

<memoryBacking> 
<nosharepages/> 
</memoryBacking> 

文章题目：玩转KVM: 聊聊KSM内存合并
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