Emerging non-volatile memory (NVM) technologies promise high density, low cost and dynamic random access memory (DRAM)-like performance, at the expense of limited write endurance and high write energy consumption. It is more practical to use NVM combining with the traditional DRAM. However, the hybrid memory management such as page migration becomes more challenging in a virtualization environment because virtual machines (VMs) are unaware of the memory heterogeneity. In this paper, we propose HMvisor, a hypervisor and VM coordinated hybrid memory management mechanism to better utilize DRAM and NVM resources. HMvisor exposes the memory heterogeneity to VMs by mapping virtual NUMA nodes to different physical NUMA nodes. We propose a lightweight and efficient page migration mechanism by decoupling page hotness tracking from page migration. HMvisor performs those operations in the hypervisor and VMs separately, without disrupting the execution of VMs. We also propose a memory resource trading policy to adjust the capacity of DRAM and NVM for each VM, with the monetary cost unchanged. We implement our prototype system based on QEMU/KVM and evaluate it with several benchmarks. Experimental results show that HMvisor can reduce 50% of write traffic to NVM with less than 5% performance overhead. Moreover, the hybrid memory adjustment scheme in HMvisor can significantly improve application performance by up to 30 ×.

新兴的非易失性存储器 (NVM) 技术承诺高密度、低成本和类似动态随机存取存储器 (DRAM) 的性能，但代价是有限的写入耐久性和高写入能耗。将NVM与传统DRAM结合使用更实用。然而，页面迁移等混合内存管理在虚拟化环境中变得更具挑战性，因为虚拟机 (VM) 不知道内存异构。在本文中，我们提出了 HMv​​isor，一种管理程序和 VM 协调的混合内存管理机制，以更好地利用 DRAM 和 NVM 资源。HMvisor 通过将虚拟 NUMA 节点映射到不同的物理 NUMA 节点来向 VM 公开内存异构性。我们通过将页面热度跟踪与页面迁移分离，提出了一种轻量级且高效的页面迁移机制。HMvisor 分别在虚拟机管理程序和 VM 中执行这些操作，而不会中断 VM 的执行。我们还提出了一种内存资源交易策略来调整每个 VM 的 DRAM 和 NVM 的容量，而货币成本不变。我们基于 QEMU/KVM 实现我们的原型系统，并使用多个基准对其进行评估。实验结果表明，HMvisor 可以在不到 5% 的性能开销的情况下减少 50% 的 NVM 写入流量。此外，HMvisor 中的混合内存调整方案可以显着提高应用程序性能，最高可达 30 倍。我们基于 QEMU/KVM 实现我们的原型系统，并使用多个基准对其进行评估。实验结果表明，HMvisor 可以在不到 5% 的性能开销的情况下减少 50% 的 NVM 写入流量。此外，HMvisor 中的混合内存调整方案可以显着提高应用程序性能，最高可达 30 倍。我们基于 QEMU/KVM 实现我们的原型系统，并使用多个基准对其进行评估。实验结果表明，HMvisor 可以在不到 5% 的性能开销的情况下减少 50% 的 NVM 写入流量。此外，HMvisor 中的混合内存调整方案可以显着提高应用程序性能，最高可达 30 倍。