专利名称：在具有动态逻辑分区的计算环境中管理计算机存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据处理，并且更具体地，涉及用于在具有动态逻辑分区 的计算机中管理计算机存储器的方法、系统和产品。
背景技术：
常常将1948年EDVAC计算机系统的开发援引为计算机时代的开始。 从那一时期开始，计算机系统就已经演进成非常复杂的设备。如今的计算 机比诸如EDVAC的早期系统更精密复杂得多。计算机系统通常包括石更件 和软件组件、应用程序、操作系统、处理器、总线、存储器、输入/输出设 备等的组合。随着半导体加工和计算机体系机构的进步推动计算机的性能 变得越来越高，更为精密复杂的计算机软件已经演进成利用硬件的更高性 能，致使如今的计算机系统比几年前的系统更强有力得多。
现今存在这样的趋势，即发展在处理器数、输入/输出("I/O")槽 数，以及存储量方面日趋大型的系统。尽管计算机埂件设计上的进步继续 在这些物理资源的大小方面提供了快速增长，然而一些主要的应用和子系 统却在可扩缩性方面落后。因此存在这样的趋势，即利用分区为系统提供 物理分区或逻辑分区，以便基本计算机系统本身提供功能的粒度 (granularity)。物理分区提供了通常来说相对粗糙的分区粒度，因为分区出 现在诸如多芯片模块("MCM，，)、底板、子板、母板，或者其它系统 板这样的物理边界(physicalboundaries )处。在逻辑分区系统中，分区的 粒度通常要细粒得多，例如单CPU或者甚至是CPU的一小部分、 一小块 存储器，或者I/0槽而不是整个I/0总线。利用逻辑分区，可以将给定的 一组计算机资源细化成多个比物理分区多的逻辑分区。
逻辑分区LPAR( "LPAR")是计算机资源的子集，其可以托管(host)
操作系统("o/s")的实例。通过专门的硬件寄存器和称作管理体 (hypervisor)的可信固件组件来实现LPAR。这些组件一起在每个逻辑分 区周围构建出紧密体系结构的"盒子(box)",将分区操作限制在分派给 该分区的一组专门的处理器、存储器和I/0资源。如今，随着计算机系统 变得越来越大，在给定的硬件系统上运行^^系统的若干实例的能力(以 便每个o/s实例加上其子系统很好地扩缩或实现)支持对硬件的最优使用 并且转换到成本节约。尽管静态分区有助于调谐整个系统性能，然而如今 的逻辑分区系统还可以提供"动态重构，，能力-使得硬件资源、处理器、 存储器、1/0槽等能够移动到LPAR或从LPAR移动，或者从一个LPAR 移动到另一LPAR，而无需重新引导。动态重构通过提供以适时的(timely) 方式将石更件资源动态移动到贫穷的(needy) O/S以匹配工作负荷需求的能 力而启用了一种改进的解决方案。
然而，如今典型的动态重构工具依赖于LPAR中管理体与操作系统之 间的合作或协同(具有一些缺陷的计算机操作的才莫式)。例如，在存储器 的动态重构中，O/S可以保持O/S不^^放的栓定(bolted )或插定(pinned ) 页框(page frame)。很多不同的操作系统可以在相同时刻在同一系统上 分离的LPAR中运行。例如，IBM的POWERTM管理体支持三种不同的 操作系统。所支持的操作系统中的一种或多种可能完全不支持与管理体的 这种合作所需要的功能。另夕卜，在协同方案中，对存储器的管理在作为O/S 的错误或恶意实例的合作方案中变得更加复杂，不仅可能根本不合作，而 且实际上可能在某种意义上对有效的计算机资源管理产生危害。
发明内容
提供了用于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器的方 法、系统和产品，其相对于逻辑分区中的操作系统透明地操作。描述了用 于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算M储器的示例性方法、系统 和产品，其包括通过管理体，从逻辑分区("LPAR")的一个逻辑存 储块("LMB")中的页框，将具有用于所述LPAR中的操作系统的页表
中的页框号的页框的内容复制到所述LMB外部的页框。
本发明的实施例通常包括在所述页表中存储新的页框号，包括通过 所述管理体，为复制了其内容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页 框的新的页框号。在典型的实施例中，复制页框的内容和存储新的页框号 是相对于所述"^作系统透明实现的。
典型的实施例还包括通过所述管理体创建所述页表中所有页框的列 表；通过所述管理体监视从所述操作系统到所述管理体的、将页框添加到 所述页表的调用，此时所述管理体正在复制页框的内容和存储新的页框号； 将添加到所述页表的页框添加到所述列表；并且其中复制页框的内容是通 过复制所述列表上的页框的内容来实现的。
在一些实施例中，具有超过一个尺寸的存储页面被映射到LMB的页 框。这样的实施例通常包括将存储器管理中断从所述操作系统导引 (vector)到所述管理体，以及将用于所述操作系统的存储器管理操作从 用于所述操作系统的页表切换到临时可选页表。在这样的实施例中，复制 页框的内容通常是通过复制与被映射到所述LMB的页框的页面中的最小 页面具有相同尺寸的分段中的页框的内容来实现的。在这样的实施例中， 复制页框的内容可以通过从所述临时可选页表中删除同样处在用于所述操 作系统的页表中的页框以及在用于所述操作系统的页表中存储这样的删除 页框的状态比特来实现。
在一些实施例中，LMB的页框可以被映射用于直接存储器存取 ("DMA")。在这样的实施例中，复制页框的内容可以包括在复制被 映射用于DMA的页框的内容时，通过所述管理体来阻闭(blocking) DMA 操作，以及在DMA映射表中为所述LMB的被映射用于DMA的每个页框 存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
实施例可以包括创建一段空闲的相连存储器(free contigous memory)，其既大于LMB并且又大得足以容纳页表。创建一段空闲的相 连存储器可以通过由所述管理体为两个或更多的相连LMB重复实现以下 步骤来完成通过所述管理体，将处在用于所述LPAR中的操作系统的页
表中的LMB的页框的内容从所述LMB中的页框复制到所述LMB外部的 页框；在所述页表中存储新的页框号，这包括通过所述管理体，为复制了 其内容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；以及 将所述LMB添加到用于所述系统的空闲存储器的列表。
实施例还可以包括改善LMB对处理器的亲和性(affinity)。在这样 的实施例中，复制所述LMB的页框的内容可以包括将所迷LMB的页框 的内容复制到所述LMB外部的临时页框，将第二 LMB的页框的内容复制 到所述LMB的页框，以及将所述临时页框的内容复制到所述第二 LMB的 页框。在这样的实施例中，存储新的页框号可以包括对于所述LMB的 内容和对于所述第二 LMB的内容这二者，存储标识出向其复制了内容的 页框的新的页框号。
根据以下对如附图(其中相同的参考标号一般表示本发明的示例性实 施例的相同部分)中所说明的本发明的示例性实施例的较为详细的描述， 本发明的前述以及其它的特征和优点将显而易见。
图1阐明了包括示例性计算机的自动计算机器的框图，该示例性计算 机用于根据本发明的实施例管理具有动态逻辑分区的计算机存储器；
图2阐明了用于根据本发明的实施例管理具有动态逻辑分区的计算机 存储器的另外的示例性计算机的框图3阐明了根据本发明的实施例对计算M储器进行管理的、具有动 态逻辑分区的另外的示例性计算机系统的框图4阐明了对示例性方法进行说明的流程图，该示例性方法用于根据 本发明的实施例在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器；
图5阐明了对另外的示例性方法进行iJL明的流禾呈图，该示例性方法用
于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器；
图6阐明了对另外的示例性方法进^S兌明的流禾呈图，该示例性方法用
于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器；
图7阐明了对创建一段空闲的相连存储器的示例性方法进行说明的流 程图；以及
图8阐明了对改善LMB对处理器的亲和性的示例性方法进行说明的 流程图。
具体实施例方式
从图l开始，参照附图描述了根据本发明的实施例，用于在具有动态 逻辑分区的计算机中管理计算M储器的示例性方法、系统和产品。依照 本发明在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器一般是利用自动 计算机器，即，利用计算机来实现的。因此，为了进一步解释，图l阐明 了自动计算机器的框图，其包括用于根据本发明的实施例管理具有动态逻 辑分区的计算机存储器的示例性计算机(152)。图1的计算机(152)包 括至少一个计算机处理器(156)或"CPU"以及通过系统总线(160)连 接至处理器(156 )和计算机的其它组件的随机访问存储器(168 X "RAM")。 在实际情况下，根据本发明的实施例用于在具有动态逻辑分区的计算机中 管理计算机存储器的系统通常包括超过一个的计算机处理器。图1的例子 中的RAM (168)是以被称为逻辑存储块或"LMB"的分段(101-110) 来管理的。
RAM (168)中存储有应用程序(158),即用于实现执行的线程的用 户级(user-level )数据处理的计算机程序指令。根据本发明的实施例，RAM (168)中还存储有管理体(102)，即用于管理为了在具有动态逻辑分区 的计算机中管理计算机存储器而改进的LPAR中的资源的一组计算才凡程序 指令。RAM (168)中还存储有操作系统(154)。根据本发明的实施例， 计算机中有用的操作系统包括UNIXTM、 LimixTM、 Microsoft NTTM、 AIXTM、 IBM的i5/OSTM,以及本领域的技术人员可以想到的其它操作系 统。操作系统(154)和应用程序(158)置于LPAR (450)中。在图l例 子中，在RAM (168)中示出了操作系统(154)、应用程序(158)，以 及管理体(102),但是读者应当理解，这样的软件的组件还可以存储在非
易失性存储器(166)中。
图1的系统支持动态逻辑分区并且一般可以操作以便通过以下来管理 计算M储器，即通过管理体(102)，从逻辑分区("LPAR")的一个 逻辑存储块("LMB")中的页框，将具有用于该LPAR中的操作系统的 页表中的页框号的页框的内容复制到该LMB外部的页框，以及在该页表 中存储新的页框号，这包括通过管理体，为复制了其内容的每个页框存储 标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。在图l的系统中，复制页框 的内容和存储新的页框号可以是相对于操作系统(154)透明实现的。
图1的计算机(152 )包括通过系统总线(160 )耦合于处理器(156 ) 和计算机(152)的其它组件的非易失性计算机存储器(166)。可以将非 易失性计算机存储器(166)实现为硬盘驱动器(170 )、光盘驱动器(172 )、 电可擦可编程只读存储空间(所谓的"EEPROM"或"闪速"存储器)(174 )、 RAM驱动器(未示出)，或者本领域的技术人员可以想到的任何其它种
类的计算机存储器。
图1的示例计算机包括一个或多个I/O接口适配器(178)。计算机中
的输^/输出接口适配器实现面向用户的输"输出，例如，通过用于控制通 往诸如计算机显示屏的显示设备(180 )的输出以及来自诸如键盘和鼠标的 用户输入设备(181)的用户输入的计算积^更件以及软件驱动器。在本说明
书中， 一般将实现连接i/o适配器的i/o的i/o石更件资源称为"i/o槽"。
图1的示例性计算机(152)包括用于实现数据通信的通信适配器 (167)。这样的数据通信可以通过串行通过RS-232连接、通过诸如USB 的外部总线、通过诸如IP网络的数据通信网络，以及以本领域的技术人员 可以想到的其它方式来实现。通信适配器实现硬件级的数据通信，由此， 一个计算机直接地或通过网络将数据通信发送至另一计算机。根据本发明
的实施例，对确定目的地的可用性有用的通信适配器的例子包括用于有 线拨号通信的调制解调器、用于有线网络通信的以太网(IEEE 802.3)适 配器，以及用于无线网络通信的802.11b适配器。
为了进一步解释，图2阐明了用于根据本发明的实施例管理具有动态
逻辑分区的计算机存储器的另外的示例性计算机(152)的框图。构造图2 以便进一步解释对这样的系统中的物理存储器的管理，即该系统用于根据 本发明的实施例在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器。图2 的系统中的物理存储器连同处理器芯片一起置于多芯片模块("MCM，，)
(202)中的存储芯片(204)中。而MCM在底板(206， 208)上实现， 底板(206， 208)又通过系统总线(160)耦合用于数据通信。底板上的 MCM通过底板总线(212 )耦合用于数据通信，并且MCM上的处理器芯 片和存储芯片通过如MCM (222)上的参考标记(210)所说明的MCM 总线耦合用于数据通信，MCM (222)扩展了对MCM (221)的图示。
多芯片模块或"MCM"是衬底(substrate)上装配有两个或更多的棵 集成电路(棵片(bare dies))或"芯片大小的组件"的电子系统或子系 统。在图2的例子中，MCM中的芯片是计算机处理器和计算机存储器。 村底可以是，例如，印刷电路板或者具有互连图案(interconnection pattern ) 的厚的或薄的薄膜陶瓷或珪。衬底可以是MCM组件的整体部分或者可以 被安装在MCM组件内。MCM在计算机硬件体系结构中是有用的，因为 其代表了专用集成电路("ASIC")与印刷电路板之间的封装等级
(packaging level)。
图2的MCM说明了硬件存储器分离或"亲和性"的级别。MCM( 222 ) 上的处理器(214)可以访问位于以下的物理存储器
在相同的MCM上的存储芯片(216)中，其中该MCM具有访问 该存储芯片的处理器(214)，
在相同的底板(208)上的另一 MCM上的存储芯片(218)中， 或者
在另一底板(206)上的另一MCM中的存储芯片(220)中。 访问分离于MCM的存储器比访问具有处理器的同一MCM上的存储
器要花费更长的时间，因为用于访问这样的存储器的计算机指令以及从这 样的存储器返回数据必须遍历更多的计算积政件、存储器管理单元、总线 驱动器，更不用i兌本身在现今的计算速度上就有所考虑的总线地带(busland)和线路的长度。出于相同的原因，访问分离于相同底板的存储器花 费甚至更长的时间。因此，认为在相同的MCM (其具有访问存储器的处 理器)上的存储器比分离于该MCM的存储器具有更紧密的亲和性，并且 认为在相同底板(其具有访问处理器)上的存储器比在另一底板上的存储 器具有更紧密的亲和性。如此描述计算机体系机构是为了进行解释，而不 是对计算机存储器的限制。可以将若干MCM安装在印刷电路板上，例如， 在将印刷电路板插入底板的情况下，从而创建图2中未说明的亲和性的附 加级别(additional level of affinity)。本领域的技术人员可以想到的计算 机体系机构的其它方面可能影响处理器-存储器亲和性，而所有这样的方 面都属于才艮据本发明的实施例在动态逻辑分区情况下的存储器管理的范围 之内。
为了进一步解释，图3阐明了具有动态逻辑分区的另外的示例性计算 机系统的框图，该示例性计算机系统根据本发明的实施例对计算机存储器 进行管理。如以上所提及的，逻辑分区是一种计算机设计特征，其通过使 得有可能在单个计算机上并发地运行多个独立的操作系统映4象来提供灵活 性。
图3的系统包括管理体(102 )以及可以运行用于LPAR ( 450， 452， 454)中的应用软件的执行的多个线程(302)的三个操作系统(154)和三 个处理器(156)。使用三个例子是为了进行解释，而非用于限制。事实上， 本领域的技术人员可以认识到，诸如所说明的系统的系统可以操作任何数 目的LPAR、操作系统、处理器，以及仅受到系统中物理资源的实际数量 的限制的线程。线程(302)在组织于虚拟地址空间中的虛拟存储器地址上 操作。处理器(156)访问组织于真实地址空间中的物理存储器。
每个操作系统映像(154)均需要可以以真实寻址模式来访问的一系列 存储器。在该模式中，不进行虚拟地址转换，并且地址从地址0开始。操 作系统通常将该地址范围用于启动内核码(startup kernel code)、固定内 核结构，以及中断向量。由于不能够允许多个分区共享位于物理地址O处 的相同的存储范围，因此每个LPAR必须具有其自己的真实模式寻址范围。
管理体为每个LPAR分派唯一的真实模式地址偏移和范围值，并且然 后将这些偏移和范围值设置到分区中每个处理器中的寄存器中。这些值映 射到已经被专门分派给那 一分区的物理存储器地址范围。当分区程序以真 实寻址模式访问指令和数据时，硬件在访问物理存储器之前自动地将真实 模式偏移值添加到每个地址。以这样的方式，每个逻辑分区编程模型看起 来似乎都访问物理地址0，即4吏地址净皮透明地重定向(redirected)到另一 地址范围。硬件逻辑通过在分区中运行的操作系统代码来阻止对这些寄存 器的修改。对访问所分派的范围以外的真实地址的任何尝试均导致寻址异 常中断，其通过分区中的^Mt系统异常处理体来处理。
操作系统使用另一种类型的寻址，虚拟寻址，以便为用户应用线程提 供超过安装在系统中的物理存储器的数量的有效地址空间。操作系统通过 将很少使用的程序和数据从存储器向外编页(paging)到磁盘，并且根据 需要将它们带回到物理存储器来实现这一功能。
当应用以虛拟寻址才莫式访问指令和数据时，它们并不知道其地址正在 被使用页面转换表(416 )的虚拟存储器管理转换。这些表格(在本说明书 中一般将其称为"页表")驻留于系统存储器中，并且每个分区均具有代 表其本身而由管理体管理的自身专有的页表。处理器使用这些表格(通过
被映射到物理存储器的物理地址(422)。如果在线程访问存储器的页面时 页框已经被从物理存储器向外移出到磁盘上，则操作系统接收到页面故障。 在非LPAR操作中，操作系统直接创建和维护页表条目，使用真实模 式寻址来访问表格。在逻辑分区操作中，页面转换表位于仅管理体可访问 的保留物理存储区域中。换句话说，分区的页表位于分区的真实模式地址 范围之外。仅可以通过管理体来修改为处理器提供其页表的物理地址的寄 存器。
真实地址实现为标识出真实存储器的页面的页框号(422 )和该页面内的偏 移的组合。虚拟地址的偏移也是虛拟地址被映射到的真实地址的偏移。页
表将虚拟地址映射到真实地址，但由于偏移是相等的，因此页表仅映射虚 拟页面号和对应的页框号。偏移并不包括在页表中。
当操作系统(154)需要创建页面转换映射时，其在处理器(156)上 执行对管理体(102)的调用，处理器(156)将执行转移到管理体。管理 体创建代表分区的页表条目并且将其存储在页表中。线程还可以进行管理 体调用来修改或删除现有的页表条目。页表条目仅映射到特定的物理存储 区域，称为逻辑存储块或"LMB",其被以粒状分段(granularsegment) 分派^:个LMB。这些LMB提供了对LPAR的虛拟页面地址空间进4亍备 份的物理存储器。因此，LPAR的存储器一般由从物理存储器中的任何地 方以任何顺序分派的LMB组成。
I/O硬件使用直接存储器存取("DMA")操作来在I/O槽(407 )中 的I/0适配器与系统存储器中的页框(406)之间移动数据。DMA操作使 用类似于页表的地址浮动(address relocation)机制。I/O硬件将I/O槽中 的I/0设备所生成的地址(425)转换成物理存储器地址。1/0硬件利用存 储在物理存储器中的DMA映射(650)(有时被称为转换控制条目("TCE") 表)来进行该转换。如同页表的情况，DMA映射驻留于不可由分区访问 而仅可由管理体访问的系统存储器的物理地址区域中。通过调用管理体服 务，分区程序可以创建、修改或删除用于分派给该分区的I/O槽的DMA 映射条目。当I/O硬件将I/O适配器DMA地址转换成物理存储器时，所 得到的地址落入分派给那一分区的物理存储空间内。
为了进一步解释，图4阐明了对示例性方法进行说明的流程图，该示 例性方法用于根据本发明的实施例在具有动态逻辑分区的计算机中管理计 算机存储器，其包括通过管理体创建(426 )页表中所有页框的列表(436 )。 有利地，相对快地进行对根据本发明的实施例的存储器管理功能的实现， 以便降低导致从在用户应用中执行的线程的观点来看过多的存储故障 (memory fault)和延迟的风险。扫描通过大型数据结构的页表、寻找所 映射的页面是耗时的。在实施实际的存储器管理操作时，期望在可快速访 问的结构中存储有受影响的页框的简明列表。举例来说，这样的列表可以
通过在后台独立运行的管理体过程来构建，直到汇集了该列表。因此，图
4的方法有利地包括通过管理体来监视(428)从操作系统到管理体的调 用，该调用将页框添加到页表(416)，而此时管理体正在复制页框的内容 和存储新的页框号。图4的方法还包括将添加到页表的页框添加(430) 到列表(436)。
图4的方法包括通过管理体，从LPAR的一个LMB (402)中的页 框(406 ),将具有用于该LPAR (450)中的操作系统(432)的页表(416 ) 中的页框号(422)的页框的内容复制(408)到该LMB (402)外部的页 框(412)。用点线轮廓示出LMB (404)以示强调，尽管所有受影响的页 框均组织于LMB中，然而在作为存储器管理操作的主体的LMB (402) 外部的页框(412)的位置无关紧要，只要它们不在主体LMB (402)中。 在图4的方法中，如以上所提及的，复制(408 )页框的内容是通过复制(434 ) 列表(436)上页框的内容来实现的。图4的方法还包括在页表(418)中 存储(410)新的页框号，这包括通过管理体，为复制了其内容的每个页框 存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
利用页表(416， 418)说明了这些存储器管理操作的效果。页表(416， 418)是在图4的方法中的存储器管理操作之前(416)和之后(418)所说 明的同一页表。在存储器管理操作之前，页表将虚拟页面号346、 347和 348映射到置于LMB (402)中的页框592、 593和594。在图4的例子中 的存储器管理操作之后，页表将虚拟页面号346、 347和348映射到置于 LMB (402)外部的页框592、 593和594。由于将页框592、 593和594 的内容复制(而不是移动)到页框743、 744和745，因此页框592、 593 和594的内容不受影响。然而，先前映射到它们的虚拟页面现在在别处被 映射到其它的页框。这有效地释放出LMB (402)的页框用于其它用途。 可以将其列为空闲的，用于为新的LPAR安装大的页表、用于改善处理器 -存储器亲和性，或者用于本领域的技术人员可以想到的其它方面。
在图4的方法中，复制页框的内容和存储新的页框号是相对于操作系 统透明实现的。下一次操作系统在访问一个被重新映射的虛拟页面中经历存储故障时，位于LMB(404)中新页框处的物理存储器的内容会与其在 图4的方法中存储器管理操作被应用之前相同。在实现图4的方法时，管 理体并不对请求释放资源的操作系统(432 )进行调用，并且操作系统从未 发觉页表条目已经受到影响。
为了进一步解释，图5阐明了对另外的示例性方法进行说明的流程图， 该示例性方法用于根据本发明的实施例在具有动态逻辑分区的计算机中管 理计算机存储器，其中超过一个尺寸的存储页面被映射到LMB (402)的 页框(406)。如以上所提及的，LPAR可以支持超过一种的操作系统，每 种类型的操作系统均可以支持不同的页面尺寸，并且每个操作系统均可以 支持超过一个的页面尺寸。有利地，相对快地进行对根据本发明的实施例 的存储器管理功能的实现，以便降低导致从在用户应用中执行的线程的观 点来看过多的存储故障和延迟的风险。复制小的存储页面的内容比复制大 的页面的内容要快。因此，当主体操作系统使用超过一个的页面尺寸时， 图5的方法有利地提供了一种使用小的页面尺寸实现存储器复制操作的方 式。
图5的方法包括将存储器管理中断从^^作系统(432)导引(502)到 管理体。管理体通过在处理器寄存器中设置比特来将存储器管理中断从操 作系统导引到管理体，以便存储器管理中断被定向到管理体中断向量。当 复制^Mt在页框上进行时，该机制允许管理体阻闭管理体中的处理器。由 于使用管理体寄存器资源将中断呈现给管理体，因此存储故障对操作系统 是透明的。
在图5的例子中，如果将小的页面尺寸取为4KB，那么所示的操作系 统(432)使用两个页面尺寸，4KB和16KB。这在页表(416)中进行了 说明，其中16KB的虛拟页面(虚拟存储页面346)被映射到四个4KB页 框(页框592、 593、 594和595)。其它的4KB虚拟页面347、 348、 349 相对应地分别映射到4KB页框596、 597和598。图5的方法包括将用 于操作系统的存储器管理操作从用于操作系统的页表(416)切换(504) 到临时可选页表(512 )以便仅支持4KB页框中的复制操作，忽略页表(416 )
中所呈现的来自操作系统的任何的大页面指示。在图5的方法中，复制 (408)页框的内容包括复制(506)与被映射到LMB的页框的页面中的 最小页面具有相同尺寸的分段中的页框的内容。也就是说，管理体仅实现 4KB分段(4KB页框x 4KB页框)中的复制操作。
当存储器管理中断出现时，管理体查找操作系统的真实页表以查看存 储器管理中断是否在分区的真实页表在使用的情况下已经发生。如果是的 话，则管理体对OS存储器管理中断向量给予控制。否则，将页框条目插 入到临时可选页表中(如果复制操作不在进行中)。
在图5的方法中，复制(408)页框的内容还包括从临时可选页表(512) 中删除(508)同样处在用于操作系统的页表中的页框。在图5的方法中， 复制(408)页框的内容还包括在用于操作系统(432)的页表(416)中存 储(510)这样的删除页框的状态比特。这样的删除页框的状态由参考比特 (用于存储故障下的LRU操作)以及由变更比特(指示了当从高速緩存 删除时页面已经被写入并且必须被保存回磁盘)来指示。
为了进一步解释，图6阐明了对另外的示例性方法进行说明的流程图，
理计算机存储器，其中LMB (402)的页框(406)中的至少一个被映射用 于直接存储器存取("DMA")。在图6的方法中，复制(408)页框的 内容包括在复制(660)被映射用于DMA的页框(423)的内容时，通过 管理体(未示出)来阻闭(658) DMA操作。
在图6的方法中，DMA操作由含有这样的1/0适配器(未示出)的 1/0槽(407)表示，即该I/0适配器实现了表示经由通过系统RAM(168) 中的页框的DMA通道(654)的数据存储(656)的磁盘I/O。通过DMA 映射(650)将系统RAM中的页框映射到I/0地址。在图6的方法中，复 制(408 )页框的内容包括将DMA映射的页框550复制(660 )到LMB( 402 ) 外部的页框(412)，以及在DMA映射表(652)中为LMB的被映射用 于DMA的每个页框存储(662 )标识出向其复制了内容的页框的新的页框 号。
DMA映射(650、 652)说明了根据图6的方法的存储器管理^Mt的 效果。DMA映射是数据结构，有时称为转换条目表或"TCE表"，其中 的每个条目将I/O地址空间中的地址映射到系统物理存储器中的页框。例 如，I/O地址空间中的地址可以是I/O适配器或PCI (外设部件互连)总 线适配器的地址空间中的地址。在图6中，DMA映射(650、 652)分别 是在根据图方法的存储器管理操作之前(650)和之后(652)的同一 DMA映射。在图6的例子中，最初将I/O地址(425 ) 124映射到页框550。 在为页面阻闭了 DMA操作之后，复制DMA映射的页框，并且根据图6 的方法，在映射中存储新的页框号，DMA映射(652)示出了被映射到页 框725的I/O地址124。这有效地释方文出LMB ( 402 )的页框550用于其 它用途。可以将其列为空闲的，随其它页框或其它的LMB —起用于为新 的LPAR安装大的页表、用于改善处理器-存储器亲和性，或者用于本领 域的技术人员可以想到的其它方面。
页表通常是大型数据结构，常常大体上大于LMB。当系统管理员尝试 动态地创建新的LPAR (而不重新引导)时，可能没有足够的相连存储器 可用于新的LPAR的页表。有利地，根据本发明的实施例对具有动态逻辑 分区的计算机中的计算^储器的管理因此可以包括创建一段空闲的相 连存储器，其既大于LMB并且又大得足以容纳页表。
为了进一步解释，图7阐明了对创建一段空闲的相连存储器的示例性 方法进行说明的流程图，该示例性方法包括通过管理体，将处在用于 LPAR (450)中的操作系统(432)的页表(416)中的相连LMB的页框 的内容，从相连LMB ( 401 ， 402 )中的页框(406 )复制(602 )到相连 LMB外部的页框(412)。图7的方法包括在页表(418)中存储(604) 新的页框号，这包括通过管理体，为复制了其内容的每个页框存储标识出 向其复制了内容的页框的新的页框号。
图7的方法还包括将LMB添加(606)到用于LPAR (450)的空闲 存储器的列表(608 )。在图7的例子中，将LMB添加(606 )到用于LPAR 的空闲存储器的列表(608 )是通过将释放的页框的页框号放置到空闲列表
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(608)中来实现的。可选地，可以在空闲列表中列出LMB中的第一页框 的页框号以指示整个LMB是空闲的。本领域的技术人员可以想到指示空 闲存储器的其它方式，并且所有这样的方式同样在本发明的范围内。
通常必须释;^过两个的相连LMB以便为页表提供空间。因此，图7 的方法有利地包括参照预定的所要求的分段尺寸(610)来确定(609) 存储器的空闲分段(freed segment)是否大得足以存储页表或满足空闲存 储器的其它需求。如果空闲分段不够大，则通过重复(612)以下步骤继续 处理，直到空闲分私l够大，即步骤将相连LMB的页框的内容复制(602 ) 到相连LMB外部的页框(412),在页表(418)中存储(604)新的页框 号，以及将LMB添加(606)到用于LPAR的空闲存储器的列表(608 )。 随着被访问存储器的亲和性相对于访问处理器而减少，整个系统性能 降低。有利地，根据本发明的实施例对具有动态逻辑分区的计算机中的计 算积存储器的管理因此可以包括改善LMB对处理器的亲和性。为了进 一步解释，图8阐明了对改善LMB对处理器的亲和性的示例性方法进行 说明的流程图。图8的方法影响两个LMB (402, 403)的处理器-存储器 亲和性。LMB ( 402, 403 )彼此远离，LMB (402 )在MCM 704中而LMB
(403)在MCM (705)中。如上所述，每个MCM均含有处理器和存储 器。在管理体内实现图8的方法。通过管理体将来自各MCM的处理器和 存储器分派给LPAR中的操作系统(图8中未示出)。
在图8的例子中，处理器(156)与位于相同的MCM(704)上的LMB
(402)具有紧密的亲和性-而与位于不同的MCM (705)上远离处理器
(156)的LMB (403)具有较少的亲和性。类似地，在图8的例子中，处 理器(157)与位于相同的MCM (705)上的LMB (403)具有紧密的亲 和性-而与位于不同的MCM (704)上远离处理器(157)的LMB (402) 具有较少的亲和性。LMB (402)含有页框编号600-699，并且LMB (403 ) 含有页框800-899。 LMB中的页框分派仅用于进行解释，而非限制。读者 可以认识到，在实际情况下LMB含有超过IOO的多个页框。所示的MCM
(705)和MCM (704)通过系统总线(160)耦合，但是读者可以i人识到，
该体系机构仅用于解释亲和性，而非对本发明的限制。事实上，可以通过 分离的印刷电路板、连接，通过底板或子板，以及本领域的技术人员可以
想到的其它方式来实现疏远的亲和性(remote affinity)。
在页表(416、 418、 417和419)中分别说明了用于MCM (704， 705) 上的两个分区的页表条目。页表(416， 418)分别示出了在亲和性改*# 作之前(416)和之后(418)用于MCM (705)的页表条目。类似地，页 表(417， 419)分别示出了在亲和性改善操作之前(417)和之后(419) 用于MCM (704)的页表条目。页表(416)示出了由在MCM ( 705 )上 的处理器(157)上运行的线程使用的虚拟页面号567、 568和569被映射 到在物理上位于相对于处理器(157)具有疏远的亲和性的MCM (704) 上的LMB (402)中的页框666、 667和668。类似地，页表(417)示出 了由在MCM (704)上的处理器(156)上运行的线程使用的虛拟页面号 444、 445和446纟皮映射到在物理上位于相对于处理器(156)具有疏远的 亲和性的MCM (705)上的LMB (403)中的页框853、 854和855。可 以改善整个处理器-存储器亲和性和存储器管理效率，例如，在可以将被 映射到处理器上正使用的虚拟页面的页框定位或移动到具有该处理器的相 同MCM上的物理存储器的情况下。另外，可以利用多个MCM上的处理 器来实现LPAR，并且这样的LPAR还可以具有多个页表，例如，每个 MCM具有一个页表。根据本发明的实施例改善LMB对处理器的亲和性 对于在多个MCM上具有多个页表和处理器的这样的LPAR也是有用的。 图8的方法包括复制页框的内容(408)，过程操作基本上如本说明书 中上文所描述的。然而，为了改善亲和性，在图8的方法中，复制(408) LMB的页框的内^f利地包括将LMB (402)的页框(406)的内容复 制(802)到LMB (402)外部的临时页框(702)。那么图8的方法中复 制(408)页框的内M包括将LMB (403)的页框(409)的内容复制 (804)到LMB (402)的页框(406),以及将临时页框(702)的内容复 制(洲6)到LMB (705)的页框(409)。图8的方法还包括存储(410) 新的页框号，其一般如上所述进行操作，但在这里包括对于LMB(402)的内容以;SJ^于第二LMB (403)的内容(409)这二者，存储(808)标 识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
页表(418， 419)示出了这些亲和性改4^作的效果。页表(418)示 出了由在MCM (705)上的处理器(157)上运行的线程所使用的虚拟页 面号567、 568和569现在被映射到页框853、 854和855，页框853、 854 和855在物理上位于目前相对于相同的MCM上的处理器(157)具有紧 密的亲和性的MCM (705)上的LMB (403)中。类似地，页表(419) 示出了由在MCM (704)上的处理器(156)上运行的线程所使用的虚拟 页面号444、 445和446现在被映射到页框666、 667和668，页框666、 667 和668在物理上位于相对于相同的MCM上的处理器(156)具有紧密的 亲和性的MCM ( 704 )上的LMB (402 )中。
主要在用于管理具有动态逻辑分区的计算机中的计算机存储器的全功 能计算机系统的环境下描述了本发明的示例性实施例。然而，本领域的技
术人员可以认识到，本发明还可以体现在置于随任何适当的数据处理系统 一起使用的信号承载介质上的计算机程序产品中。这样的信号承栽介质可 以是用于机器可读信息的传输介质或可记录介质，包括磁介质、光介质， 或者其它合适的介质。可记录介质的例子包括磁带或硬盘驱动器中的磁盘、 用于光驱动器的光盘、磁带，以及本领域的技术人员可以想到的其它方式。 传输介质的例子包括用于话音通信的电话网络，以及举例来说，像 EthernetTM以及与网际协议和万维网通信的网络这样的数字数据通信网 络。本领域的技术人员可以立即认识到，具有适当编程装置的任何计算机 系统都将能够执行如程序产品中所体现的本发明的方法的步骤。本领域的 技术人员可以立即认识到，尽管本说明书中所描述的一些示例性实施例是 面向安装和执行于计算M件上的软件的，然而，实现为固件或硬件的可 选实施例也属于本发明的范围之内。
根据前文的描述可以理解到，在本发明的范围内可以对本发明的上述 说明性实施例进行各种修改。
权利要求
1.一种用于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器的方法，所述方法包括通过管理体，从逻辑分区(“LPAR”)的一个逻辑存储块(“LMB”)中的页框，将具有用于所述LPAR中的操作系统的页表中的页框号的页框的内容复制到所述LMB外部的页框；以及在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；其中复制页框的内容和存储新的页框号是相对于所述操作系统透明实现的。
2. 根据权利要求1的方法，其进一步包括 通过所述管理体创建所述页表中所有页框的列表； 通过所述管理体监视从所述^Mt系统到所述管理体的、将页框添加到所述页表的调用，此时所述管理体正在复制页框的内容和存储新的页框号； 以及将添加到所述页表的页框添加到所述列表；其中复制页框的内容进一步包括复制所述列表上的页框的内容。
3. 根据权利要求1或2的方法，其中具有超过一个尺寸的存储页面被 映射到所述LMB的页框，所述方法进一步包括将存储器管理中断从所述操作系统导引到所述管理体；以及将用于所述操作系统的存储器管理操作从用于所述操作系统的页表切换到临时可选页表；其中复制页框的内容进一步包括复制与被映射到所述LMB的页框的页面中的最小页面具有相同尺寸的分段中的页框的内容。
4. 根据权利要求3的方法，其中复制页框的内容进一步包括从所述临时可选页表中删除同样处在用于所述操作系统的页表中的页 框；以及 在用于所述操作系统的页表中存储这样的删除页框的状态比特。
5. 根据前述权利要求中任何一项的方法，其中所述LMB的页框中的 至少一个被映射用于直接存储器存取("DMA")，并且复制页框的内容进 一步包括在复制被映射用于DMA的页框的内容时，通过所述管理体来阻闭 DMA操作；以及在DMA映射表中为所述LMB的被映射用于DMA的每个页框存储标 识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
6. 根据前述权利要求中任何一项的方法，其进一步包括创建一段空 闲的相连存储器，其既大于LMB并且又大得足以容纳页表。
7. 根据权利要求6的方法，其中创建一段空闲的相连存储器进一步包 括通过所述管理体为两个或更多的相连LMB重复实现以下步骤通过所述管理体，将处在用于所述LPAR中的操作系统的页表中的 LMB的页框的内容从所述LMB中的页框复制到所述LMB外部的页框；在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内 容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；以及将所述LMB添加到空闲存储器的列表。
8. 根据前述权利要求中任何一项的方法，其进一步包括改善LMB 对处理器的亲和性，其中复制所述LMB的页框的内容进一步包括将所述LMB的页框的内容复制到所述LMB外部的临时页框； 将第二 LMB的页框的内容复制到所述LMB的页框；以及 将所述临时页框的内容复制到所述第二LMB的页框；以及存储新的页框号进一步包括对于所述LMB的内容以及对于所述第 二 LMB的内容这二者，存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
9. 一种用于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器的装 置，所述装置包括计算机处理器以及在操作上耦合于所述计算机处理器 的计算机存储器，所述计算机存储器具有置于其内的计算积4呈序指令，所述计算M序指令能够通过管理体，从逻辑分区("LPAR")的一个逻辑存储块("LMB，，) 中的页框，将具有用于所述LPAR中的操作系统的页表中的页框号的页框 的内容复制到所述LMB外部的页框；以及在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内 容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；其中所述计算机程序指令进一步能够相对于所述IMt系统透明地复 制页框的内容和存储新的页框号。
10. 根据权利要求9的装置，其进一步包括计算机程序指令，所述计 算机程序指令能够通过所述管理体创建所述页表中所有页框的列表；通过所述管理体监视从所述操作系统到所述管理体的、将页框添加到 所述页表的调用，此时所述管理体正在复制页框的内容和存储新的页框号； 以及将添加到所述页表的页框添加到所述列表；其中复制页框的内容进一步包括复制所述列表上的页框的内容。
11. 根据权利要求9或10的装置，其中具有超过一个尺寸的存储页 面被映射到所述LMB的页框，所述装置进一步包括计算机程序指令，所 述计算机程序指令能够将存储器管理中断从所述操作系统导引到所述管理体；以及将用于所述操作系统的存储器管理操作从用于所述操作系统的页表切换到临时可选页表；其中复制页框的内容进一步包括复制与被映射到所述LMB的页框的页面中的最小页面具有相同尺寸的分段中的页框的内容。
12. 根据权利要求ll的装置，其中复制页框的内容进一步包括 从所述临时可选页表中删除同样处在用于所述操作系统的页表中的页框；以及在用于所述操作系统的页表中存储这样的删除页框的状态比特。
13. 根据权利要求9至12中任何一项的装置，其中所述LMB的页框 中的至少一个4皮映射用于直接存储器存取("DMA")，并且复制页框的内 容进一步包括在复制被映射用于DMA的页框的内容时，通过所述管理体来阻闭 DMA操作；以及在DMA映射表中为所述LMB的被映射用于DMA的每个页框存储标 识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
14. 根据权利要求9至13中任何一项的装置，其进一步包括计算机 程序指令，所述计算机程序指令能够创建一段空闲的相连存储器，其既大 于LMB并且又大得足以容纳页表。
15. 根据权利要求14的装置，其中创建一段空闲的相连存储器进一 步包括通过所述管理体为两个或更多的相连LMB重复实现以下步骤通过所述管理体，将处在用于所述LPAR中的操作系统的页表中的 LMB的页框的内^J斤述LMB中的页框复制到所述LMB外部的页框； 在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；以及 将所述LMB添加到空闲存储器的列表。
16. 根据权利要求9至15中任何一项的装置，其进一步包括能够改 善LMB对处理器的亲和性的计算积4呈序指令，其中复制所述LMB的页框的内容进一步包括将所述LMB的页框的内容复制到所述LMB外部的临时页框； 将第二LMB的页框的内容复制到所述LMB的页框；以及 将所述临时页框的内容复制到所述第二LMB的页框；以及存储新的页框号进一步包括对于所述LMB的内容以及对于所迷第 二 LMB的内容这二者，存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
17. —种用于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器的 计算机程序产品，所述计算机程序产品置于信号承载介质之上，所述计算 机程序产品包括计算机程序指令，其能够通过管理体，从逻辑分区("LPAR，，)的一个逻辑存储块("LMB，，) 中的页框，将具有用于所述LPAR中的操作系统的页表中的页框号的页框 的内容复制到所述LMB外部的页框；以及在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内 容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；其中复制页框的内容和存储新的页框号是相对于所述操作系统透明实 现的。
18. 根据权利要求17的计算*序产品，其进一步包括计算机程序 指令，所述计算枳一呈序指令能够通过所述管理体创建所述页表中所有页框的列表；通过所述管理体监视从所述操作系统到所述管理体的、将页框添加到 所述页表的调用，此时所述管理体正在复制页框的内容和存储新的页框号； 以及将添加到所述页表的页框添加到所述列表；其中复制页框的内容进一步包括复制所述列表上的页框的内容。
19. 根据权利要求17或18的计算机程序产品，其中具有超过一个尺 寸的存储页面被映射到所述LMB的页框，所述计算机程序产品进一步包 括计算机程序指令，其能够将存储器管理中断从所述操作系统导引到所述管理体；以及将用于所述操作系统的存储器管理操作从用于所述操作系统的页表切换到临时可选页表；其中复制页框的内容进一步包括复制与被映射到所述LMB的页框的页面中的最小页面具有相同尺寸的分段中的页框的内容。
20. 根据权利要求19的计算机程序产品，其中复制页框的内容进一 步包括从所述临时可选页表中删除同样处在用于所述操作系统的页表中的页 框；以及在用于所述操作系统的页表中存储这样的删除页框的状态比特。
21. 根据权利要求17至20中任何一项的计算机程序产品，其中所述 LMB的页框中的至少一个被映射用于直接存储器存取("DMA")，并且复 制页框的内容进一步包括在复制被映射用于DMA的页框的内容时，通过所述管理体来阻闭 DMA操作；以及在DMA映射表中为所述LMB的被映射用于DMA的每个页框存储标 识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
22. 才艮据权利要求17至21中任何一项的计算机程序产品，其进一步 包括计算机程序指令，所述计算机程序指令能够创建一段空闲的相连存储 器，其既大于LMB并且又大得足以容纳页表。
23. 根据权利要求22的计算机程序产品，其中创建一段空闲的相连 存储器进一步包括通过所述管理体为两个或更多的相连LMB重复实现 以下步骤通过所述管理体，将处在用于所述LPAR中的操作系统的页表中的 LMB的页框的内容从所述LMB中的页框复制到所述LMB外部的页框；在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内 容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号；以及将所述LMB添加到空闲存储器的列表。
24. 根据权利要求17至23中任何一项的计算机程序产品，其进一步 包括能够改善LMB对处理器的亲和性的计算才g序指令，其中复制所述LMB的页框的内容进一步包括将所迷LMB的页框的内容复制到所迷LMB外部的临时页框； 将第二LMB的页框的内容复制到所述LMB的页框；以及 将所述临时页框的内容复制到所述第二LMB的页框；以及存储新的页框号进一步包括对于所述LMB的内容以及对于所述第 二 LMB的内容这二者，存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。
全文摘要
在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器，其相对于逻辑分区中的操作系统透明地操作。描述了用于在具有动态逻辑分区的计算机中管理计算机存储器的示例性方法、系统和产品，其包括通过管理体，从逻辑分区(“LPAR”)的一个逻辑存储块(“LMB”)中的页框，将具有用于所述LPAR中的操作系统的页表中的页框号的页框的内容复制到所述LMB外部的页框。实施例通常包括在所述页表中存储新的页框号，包括通过所述管理体，为复制了其内容的每个页框存储标识出向其复制了内容的页框的新的页框号。在典型的实施例中，复制页框的内容和存储新的页框号是相对于所述操作系统透明实现的。
文档编号G06F9/455GK101171572SQ200680014922
公开日2008年4月30日 申请日期2006年5月4日 优先权日2005年5月5日
发明者D·R·恩格布雷特森, M·J·克里甘, N·纳亚尔, R·L·阿恩特, T·R·马齐尼, W·J·阿姆斯特朗 申请人:国际商业机器公司