Escrevi um código que traz uma ferramenta que faz falta a quem faz uso do QEMU/KVM: auto-ballooning das máquinas virtuais!
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1. Introdução
Já abordei aqui na Linux Universe uma publicação sobre como configurar o QEMU/KVM pra rodar máquinas virtuais.
De todos os recursos poderosos que o KVM possui nativamente, um dos mais interessantes é o Balloon!
2. Balloon
O Balloon – literalmente balão de memória – permite que você possa alterar dinamicamente e ao vivo a quantidade de memória disponibilizada para uma máquina virtual.
Ou seja, você define 1 GB de Memória, e precisa de mais, com um comando você muda de 1024Mb para 2048 Mb, elevando a quantidade de RAM de 1 para 2 Gb, por exemplo.
No Virt-Manager, o menu é este:
Ou seja, defini até 2048 Mb para serem usado, porém aloquei apenas 1024.
Para a máquina virtual, somente 1024 Mb estarão disponíveis como se fossem 1024 MB em memória física! Alterar esse valor altera a coluna “total” do comando “free -h”, o sistema aceita que a RAM física foi aumentada ou diminuída em tempo real.
Até o presente momento o Balloon só ocorre em máquinas virtuais Linux.
O Windows 10 e o Windows 11 não suportam adequadamente esse recurso, consumindo toda a memória disponibilizada imediatamente!
Como essa magia acontece?
3. Funcionamento
O Balloon é relativamente simples: Um código INFLA dentro da memória da máquina virtual, diminuindo seu espaço real e o kernel Linux da máquina virtual é igualmente alertado desse fato.
Ao inflar, para a máquina virtual aquele espaço não é mais alocado. Porém essa inflação é virtual, não real, portanto não consome espaço e a máquina hospedeira entende que essa memória ficou livre para que outros processos ou outras máquinas virtuais possam usa-la novamente.
Da mesma forma ocorre a deflação da memória, o balloon murcha, aumentando a memória da máquina virtual e diminuindo a parte compartilhada com a máquina hospedeira.
Lembrando que o limite do balloon é delimitado na quantidade de memória RAM máxima que poderá ser alocada. Isso impede que a máquina hospedeira possa congelar por inanição de recursos.
4. auto-ballooning
O Balloon é poderoso e muito eficiente como citado acima, mas tem um problema: não é automático.
Se você quiser alocar memória, terá de faze-lo manualmente, vigiando a máquina virtual de forma contínua…
Desde 2013 houveram notificações de que o projeto KVM poderia receber um auto-ballooning mas isso foi deixado de lado até os dias atuais!
Como eu cuido de máquinas virtuais sob KVM, a ideia de balloon automático seria importante para gerenciar melhor o consumo de hardware: Se a máquina virtual demandar mais memória, ela ganhará mais memória; se sobrar memória, ela vai devolve-la para a hospedeira. Portanto, abracei o desafio de escrever uma solução para a questão que seja relativamente funcional.
5. O Código
A ideia foi inspirada no código do usuário berkerogluu do github, que criou algo que permite liberar a memória sobrando das máquinas virtuais, fazendo uma média do consumo entre todas e pegando uma % geral.
Então escrevi este código que implementa definitivamente o auto-ballooning em todas as máquinas virtuais do sistema operacional!
5.1 Estrutura
Observando o comportamento das máquinas virtuais com o gerenciamento de memória do Linux, o código apenas exige 1 coisa: Que o swappiness seja alterado para 10, assim quando a memória RAM encher até 90%, ele comece então o despejo de SWAP.
A partir desse ponto, observei o valor da memória RAM alocada para o balloon – ou seja, o valor de actual do comando virsh dommemstat – e o valor de memória disponível – o valor usable do referido comando; Aqui, usable é a memória livre + parte de buff/cache que pode ser liberado sem causar SWAP, equivale a “available” exibido com o comando “free -h”.
Cheguei á conclusão que a SWAP começa a despejar com 15% de RAM usable. O daemon inicializa e 1Mb é despejado como “teste”, quando chegamos em 10% livre a SWAP é despejada agressivamente. Então eu fiz 3 condições:
- Se a memória RAM usable estiver abaixo de 25%, falta memória para a VM e a ameaça de SWAP é real.
O auto-ballooning executa e dá 50Mb para a RAM. – Esse valor pode ser alterado no código para algo de sua preferência. - Se a memória RAM usable estiver acima de 35%, está sobrando memória para a VM.
O auto-ballooning executa e retira 50Mb para a RAM. – Esse valor pode ser alterado no código para algo de sua preferência. - Caso o valor de usable esteja entre 25% e 35%, o script classifica como uma situação Ok e encerra sua execução.
A cada execução, o código faz essa verificação, pra manter o balanceamento da memória.
O interessante é programa-lo para executar a cada 15 minutos.
Uma forma “suja” de fazer isso pelo Cron é criando regras dessa forma:
***** sleep 15; bash /caminho/para/automatic
***** sleep 30; bash /caminho/para/automatic
***** sleep 45; bash /caminho/para/automatic
***** sleep 60; bash /caminho/para/automatic
Assim o código vai executar a cada 15 segundos!
Como o consumo de RAM é algo rápido, o código não pode demorar muito pra monitorar a situação e tomar atitude antes que a VM fique com pouca memória.
6. Conclusão
O código ainda está em fase de melhorias, mas as execuções preliminares mostraram que está promissor.
Também deixei as variáveis de uma forma fácil de trocar, se quiser que a VM tenha entre 40-60% de memória livre proporcional ao total alocado, pode também. Tudo vai depender da sua necessidade.
O código está distribuído no meu github sob a GPLv3:
Façam bom proveito!
#UrbanCompassPony
Autodidata, me aprofundei em sistemas operacionais baseados em UNIX®, principalmente Linux. Também procuro trazer assuntos correlacionados direta ou indiretamente, como automação, robótica e embarcados.