5.1.3 使用virtio_balloon
1. Ballooning簡介
通常來說，要改變客戶機佔用的宿主機內存，是要先關閉客戶機，修改啓動時的內存配置，然後重啓客戶機才能實現。而內存的ballooning（氣球）技術可以在客戶機運行時動態地調整它所佔用的宿主機內存資源，而不需要關閉客戶機。
Ballooning技術形象地在客戶機佔用的內存中引入氣球（Balloon）的概念，氣球中的內存是可以供宿主機使用的（但不能被客戶機訪問或使用），所以，當宿主機內存使用緊張，空餘內存不多時，可以請求客戶機回收利用已分配給客戶機的部分內存，客戶機就會釋放其空閒的內存，此時若客戶機空閒內存不足，可能還會回收部分使用中的內存，可能會換出部分內存到客戶機的交換分區（swap）中，從而使得內存氣球充氣膨脹，從而讓宿主機回收氣球中的內存可用於其他進程（或其他客戶機）。反之，當客戶機中內存不足時，也可以讓客戶機的內存氣球壓縮，釋放出內存氣球中的部分內存，讓客戶機使用更多的內存。
很多現代的虛擬機，如KVM、Xen、VMware等，都對Ballooning技術提供支持。關於內存Balloon的概念，其示意圖如圖5-9所示。
linux ballooning
圖5-9 內存Balloon的概念
2. KVM中Ballooning的原理及其優劣勢
KVM中Ballooning的工作過程主要如下幾個步驟：
1. Hypervisor（即KVM）發送請求到客戶機操作系統讓其歸還一定數量的內存給hypervisor。
2. 客戶機操作系統中的virtio_balloon驅動接收到hypervisor的請求。
3. virtio_balloon驅動使客戶機的內存氣球膨脹，氣球中的內存就不能被客戶機訪問。如果此時客戶機中內存剩餘量不多（如某應用程序綁定/申請了大量的內存），並不能讓內存氣球膨脹到足夠大以滿足hypervisor的請求，那麼virtio_balloon驅動也會讓儘可能多地提供內存內存使氣球膨脹，儘量去滿足hypervisor的請求中的內存數量（即使不一定能完全滿足）。
4. 客戶機操作系統歸還氣球中的內存給hypervisor。
5. hypervisor可以將從氣球中得來的內存分配到任何需要的地方。
6. 如果從氣球中得到來內存沒有處於使用中，hypervisor也可以將內存返還到客戶機中，這個過程爲：a. hypervisor發請求到客戶機的virtio_balloon驅動；b. 這個請求讓客戶機操作系統壓縮內存氣球；c. 在氣球中的內存被釋放出來，重新讓客戶機可以訪問和使用。
Ballooning在節約內存和靈活分配內存方面有明顯的優勢，其好處有如下三點。
第一，因爲能夠控制和監控ballooning，所以ballooning能夠潛在地節約大量的內存。它不同於內存頁共享技術（KSM是內核自發完成的、不可控），客戶機系統的內存只有在通過命令行調整balloon時纔會隨之改變，所以能夠監控系統內存並驗證ballooning引起的變化。
第二，Ballooning對內存的調節很靈活，既可以精細的請求少量內存，又可以粗獷的請求大量的內存。
第三，hypervisor使用ballooning讓客戶機歸還部分內存，從而可以緩解其內存壓力。而且從氣球中回收的內存也不要求一定要被分配給另外某個進程（或另外的客戶機）。
從另一方面來說，KVM中ballooning的使用不方便、不完善的地方也是存在的，其缺點也有如下幾個。
1. Ballooning需要客戶機操作系統加載virtio_balloon驅動，然而並非每個客戶機系統都有該驅動（如windows需要自己安裝該驅動）。
2. 如果有大量內存從客戶機系統中回收，Ballooning可能會降低客戶機操作系統運行的性能。一方面，內存的減少，可能會讓客戶機中作爲磁盤數據緩存的內存被放到氣球中，從而客戶機中的磁盤I/O訪問會增加；另一方面，如果處理機制不夠好，也可能讓客戶機中正在運行的進程由於內存不足而執行失敗。
3. 目前沒有比較方便的、自動化的機制來管理ballooning，一般都是採用在QEMU monitor中執行balloon命令來實現ballooning的。沒有對客戶機的有效監控，沒有自動化的ballooning機制，這可能會讓生產環境中實現大規模自動化部署並不很方便。
4. 內存的動態增加或減少，可能會使內存被過度碎片化，從而降低內存使用時的性能。另外，內存的變化會影響到客戶機內核對內存使用的優化，比如：內核起初根據目前狀態對內存的分配採取了某個策略，而突然由於balloon的效果讓可用內存減少了很多，這時起初的內存策略可能就不是太優化的了。