VMware vSphere資源分配管理觀念入門

▲圖5 整合10個VM的ESX(i) host。

Memory Ballooning

承上題，現在有10個VM在新採購的伺服器上運作，考量到實體記憶體還沒有被用滿，你決定再轉移5部老舊機器，P2V到新伺服器上。如今，這個ESX/ESXi host已經承載到15個VM。

假設這5部老舊機器的條件都不變，一樣需要耗費5GB的記憶體容量，照道理說，新伺服器只剩下25%（2.5GB）左右的記憶體，鐵定會造成實體記憶體不足的情況。

但是連續幾天的實際使用狀況，這15個VM依然運作順暢，沒有因為Memory導致的效能問題產生（在此不考慮Network、Disk I/O等其他因素）。這就令人更納悶了，為何會這樣？

這就是接下來要探討的問題—Balloon driver，也稱為Vmmemctl Driver。

在圖6裡，我們可以知道目前記憶體的使用量已經超過，可能在95%?105%之間遊走，而一旦使用超過實體的RAM，就必須要拿硬碟空間來當作Swap，這意味著有部分VM的記憶體使用，其實是在硬碟上運作（黑色陰影部分）。

▲圖6 記憶體使用量在95%～105%之間遊走。

試想一下，如果是一般的PC使用情形，當電腦記憶體不足的時候，OS就會嘗試著將RAM裡面的資料放置到硬碟上暫存，自行做記憶體管理。

如果記憶體一直持續不足，就必須一直在硬碟做存取置換的動作，造成效能下降的狀況。當記憶體空間釋放出來以後，暫存於硬碟上的Page file就可以再寫回實體RAM，此時PC的效能就會回復正常。

但是，圖6（範例3）的情形由於已經是虛擬化的狀態，實體記憶體資源並非OS掌控。假設hypervisor分配給它2GB，VM就會認為自己有2GB的實體記憶體，但是一旦hypervisor沒有辦法給它這麼多，VM完全不會察覺自己已經沒有記憶體，它會持續的一直使用下去，而不會自行記憶體管理。

當它在沒有察覺到RAM不足的情況之下，此時VM「自認」還有足夠的記憶體而持續使用的部分，通通跑進硬碟裡。在硬碟的哪裡呢？就是vswp這個檔案（也稱為VMkernel Swap或Virtual Swap）。

這個檔案的大小恰好等於VM所配置的記憶體，而且當VM開機vswp檔案就會出現，VM關機就消失。這是hypervisor為了保證在Memory over-commit的情況之下，假使最壞的狀況，所有VM都還是能維持運作的一種手段。

不見得會用到，我們也不希望用到，但是必須先預留硬碟空間，以防止最壞的狀況：實體已經沒有一絲一毫的記憶體，但是VM仍要開機，這時運作的vRAM就全部在vswp這個檔案。

一旦大量的vRAM進入VMkernel Swap之後，這個時候的VM運作速度就會異常的緩慢，效能便會變非常的差。

為什麼呢？因為有些屬於核心程式是一定要保留在實體記憶體中運作，不應該在硬碟上面運作，但是由於VM不曉得記憶體不夠用，所以它並不會自行Paging，將該留在RAM的東西保留住。

那麼有沒有辦法讓VM察覺到自己的RAM不夠，而自己主動先做Paging機制呢？

Balloon driver的作用這時候就可以發揮了，當VM安裝好VMware tools的時候，就會有Balloon driver，平常這個氣球（Balloon）在實體記憶體充足的時候是不會啟動的。

當VM的RAM越要越多，VMkernel沒辦法再供應足夠實體記憶體的時候，這時它就會通知VMware tools現在記憶體是吃緊的狀態，無法再供應記憶體了，請VM自行先做記憶體管理吧！

這個時候VMware tools就會開始將氣球膨脹，慢慢越變越大，不斷地佔據VM的Available Memory，Guest OS就會發現到有一個應用程式一直在吃掉它的記憶體，就真正察覺到記憶體已經不夠用，便會自行先Paging，將部分vRAM的資料放置到硬碟Local Swap上面（例如Windows預設是「C:\pagefile.sys」），這樣的好處是不會先進VMkernel Swap，雖然結果都是在硬碟上面，但是效能卻是差很多。

這個氣球是空心的，當它就開始膨脹，就會佔據Guest OS原本的記憶體，使Guest OS自己開始做Swap，將部分資料放置於Disk，等到VMkernel又開始有實體記憶體可以分配給VM的時候，氣球就可以縮小體積，Guest OS便會察覺自己又有RAM了，於是會將硬碟上的資料再搬回來，恢復正常的效能（圖7）。

▲圖7 VMware Resource Management Guide