一种全局内存共享方法、装置和一种通信系统

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种全局内存共享方法、装置和一种通信 系统。

随着数据量和数据处理需求的进一步提升，负载对操作系统的性能要求越 来越高，微内核、多内核已经成为了操作系统未来发展的一个趋势。多内核协 同工作能够很好隔离应用、提升系统的吞吐率以及较大地提高系统性能。因而， 在面临着大数据处理的今天，各种多内核系统（或多操作系统）也逐渐步入人 们的视线，从传统的计算机集系统到如今比较热门的异构操作系统都是人们 在这方面的尝试。

多操作系统结构的主要思想是采用这种方式能够将不同的负载分配到不 同的操作系统内核上执行，如此既能够提高系统的处理能力又能兼容不同操作 系统上的应用。与传统的基于计算机集的多操作系统结构相比，现在的多操 作系统的粒度已经由操作系统降低到操作系统内核。即便如此，这种计算与资 源共享分离的设计思想仍然没有改变。换言之，采用这种设计，所有的内核在 计算上是独立的即独立处理负载，但在资源使用上各个操作系统共享整个多操 作系统结构的资源，例如输入/输出（Input/Output，I/O）、内存等。

就内存这一多操作系统结构的资源而言，现存的多操作系统结构大多都采 用全局内存共享方式，即，每个CPU都运行这各自独立的子操作系统；而各个 子操作系统之间通过PCIe总线或网络等形式访问全局内存池；整个多操作系统 存在一个全局内存管理服务来负责协调子操作系统之间对全局内存的占用情 况。

对于全局内存的共享情况而言，各种多操作系统结构所采取的策略则不太 一样。现有技术的一种典型设计为：如果将全局内存抽象成一条“内存带”， 则由全局内存管理服务系统或模块按照固定顺序从前往后将“内存带”的内存 以块数为基本单位分配给各个子操作系统的内核区（Kernel Section），即各个 子操作系统的内核区占用内存的顺序是从前往后固定排列，内核区分配的内存 在整个多操作系统的运行过程中不会更改，而各个子操作系统的用户区 （General Section）则从后往前由全局内存管理服务系统或模块分配而获得“内 存带”的内存。与内核区的内存分配不同的是，用户区的内存分配是动态分配， 属于各个子操作系统的页面之间没有顺序。

上述现有采用全局内存共享方式的多操作系统结构存在的缺陷为：各个子 操作系统缺乏主动内存感知的能力，所有的全局内存管理工作都交由全局内存 管理服务处理，从而造成全局内存管理编码复杂，执行效率低，也影响整个系 统的性能。

本发明实施例提供全局内存共享方法、装置和一种通信系统，以提高子操 作系统的自主性和降低全局内存管理服务的压力。

本发明实施例提供一种全局内存共享方法，所述方法包括：

子操作系统统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间的内存 驻留时间比值；

所述子操作系统根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计算内存压力 指标；

若所述内存压力指标大于内存压力阈值，则所述子操作系统向全局内存管 理服务发出申请，所述申请用于从全局共享内存分配当前可获取的内存。

本发明另一实施例提供一种全局内存共享方法，所述方法包括：

全局内存管理服务接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分配当前 可获取内存的申请；

所述全局内存管理服务将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记为不 可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分配消息携带可分 配内存块的描述消息；

所述全局内存管理服务接收所述子操作系统返回的更新确认消息；

所述全局内存管理服务根据所述更新确认消息将所述标记为不可用状态 的内存块从所述全局空闲内存队列中删除；

所述全局内存管理服务向所述子操作系统发送所述更新确认消息的响应 消息。

本发明实施例提供一种全局内存共享装置，所述装置包括：

统计模块，用于统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间的内 存驻留时间比值；

计算模块，用于根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计算内存压力指 标；

内存申请模块，用于所述内存压力指标大于内存压力阈值时向全局内存管 理服务发出申请，所述申请用于从全局共享内存分配当前可获取的内存。

本发明另一实施例提供一种全局内存共享装置，所述装置包括：

申请接收模块，用于接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分配当前 可获取内存的申请；

空闲内存处理模块，用于将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记为不 可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分配消息携带可分 配内存的描述消息；

第一消息接收模块，用于接收所述子操作系统返回的更新确认消息；

内存删除模块，用于根据所述更新确认消息将所述标记为不可用状态的内 存块从所述全局空闲内存队列中删除；

响应消息发送模块，用于向所述子操作系统发送所述更新确认消息的响应 消息。

本发明实施例提供一种通信系统，所述系统包括全局内存管理服务子系统 和至少一个子操作系统，所述全局内存管理服务子系统包括申请接收模块、空 闲内存处理模块、第一消息接收模块、内存删除模块和响应消息发送模块，所 述子操作系统包括统计模块、计算模块和内存申请模块；

所述统计模块，用于统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间 的内存驻留时间比值；

所述计算模块，用于根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计算内存压 力指标；

所述内存申请模块，用于所述内存压力指标大于内存压力阈值时向全局内 存管理服务发出申请，以从全局共享内存分配当前可获取的内存；

所述申请接收模块，用于接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分配 当前可获取内存的申请；

所述空闲内存处理模块，用于将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记 为不可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分配消息携带 可分配内存的描述消息；

所述第一消息接收模块，用于接收所述子操作系统返回的更新确认消息；

内存删除模块，用于根据所述更新确认消息将所述标记为不可用状态的内 存块从所述全局空闲内存队列中删除；

所述响应消息发送模块，用于向所述子操作系统发送所述更新确认消息的 响应消息。

从上述本发明实施例可知，由于多操作系统中的各个子操作系统是根据其 自身内存压力指标与内存压力阈值的大小关系，确定是否向全局内存管理服务 发出申请内存的请求。因此，本发明实施例提供的方法在多操作系统的架构下， 各个子操作系统能完成更多的自适应工作，降低全局内存管理服务复杂度，提 升系统性能，同时，由于子操作系统之间能够独立地完成内存的申请及释放工 作，如此可以提高全局内存的利用率，也使得多操作系统架构有更好的可扩展 性。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术或实施例 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以如这些附图获得其 他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种全局内存共享方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的包括全局共享内存的多操作系统架构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种全局内存共享方法流程示意图；

图4是本发明实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图5是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图6-a是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图;

图6-b是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图7-a是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图7-b是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图8-a是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图8-b是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图9-a是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图9-b是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图10是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图11是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意图；

图13是本发明实施例提供的一种通信系统结构示意图。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1，是本发明实施例提供的一种全局内存共享方法流程示意图， 其执行主体可以是多操作系统结构中的任意一个子操作系统，主要包括步骤 S101、步骤S102和步骤S103：

S101，子操作系统统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间的 内存驻留时间比值。

在本发明实施例中，子操作系统是组成多操作系统架构中的任意一个操作 系统，每个子操作系统包含本地内存管理服务（Local Memory Management  Service，LMMS）模块和心跳（Heart Beat，HB）模块，其中，LMMS负责对 所属子操作系统的内存进行管理，HB模块提供心跳机制，负责向管理操作系 统提供用于表明该子操作系统尚在运行的“心跳”信息和其他信息。

每个子操作系统使用一个变量记录预定次数的任务轮转期间页面换出次 数，该记录页面换出次数的变量在每次换页（PageFault）期间自增。作为统计 预定次数的任务轮转期间页面换出率的一个实施例，可以由子操作系统统计预 定次数的任务轮转期间页面换出次数，当任务轮转期间页面换出次数统计出来 后，不难得出此期间总的页面替换数（记为R）。对于既定的系统，由于总的 物理页面数（记为P）是已知的，因此，可以计算出任务轮转期间总的页面替 换数与物理页面数的比值R/P，以该比值作为预定次数的任务轮转期间页面换 出率。为了便于说明，将预定次数的任务轮转期间页面换出率记为PRR，则PRR =R/P。

在多操作系统架构中，每个子操作系统还使用一个变量TRmin记录页面在 内存中的最小驻留时间。一个页面在内存的驻留时间（记为TR）可使用当前 时间戳Tc与页面换入时间戳Ti之差表示，即内存驻留时间TR=当前时间戳Tc -页面换入时间戳Ti。

在每次换页（PageFault）期间，子操作系统都计算当前换出页面的内存驻 留时间。如果当前内存驻留时间小于之前的内存驻留时间，则将当前内存驻留 时间作为最小内存驻留时间TRmin，如果当前内存驻留时间大于之前的内存驻 留时间，则以之前的内存驻留时间作为最小内存驻留时间TRmin。子操作系统 统计出最小内存驻留时间TRmin后，可以将最小内存驻留时间TRmin与内存驻留 时间阈值Tt的比值作为内存驻留时间比值（记为TP），即TP=TRmin/Tt。在本 发明实施例中，内存驻留时间比值TP是衡量多操作系统架构中子操作系统内 存压力指标的参数之一。

S102，子操作系统根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计算内存压力 指标。

具体计算方法可以是计算预定次数的任务轮转期间页面换出率PRR和内 存驻留时间比值TP的线性组合a×PRR+b×TP，以a×PRR+b×TP作为内存 压力指标P1，其中，a和b为页面换出率和内存驻留时间比值在线性组合a×PRR +b×TP中的比例调节参数，而PRR就是预定次数的任务轮转期间页面换出率， TP就是内存驻留时间比值。

S103，若内存压力指标大于内存压力阈值，则子操作系统向全局内存管理 服务发出申请，该申请用于全局内存管理服务从全局共享内存为该子操作系统 分配当前可获取的内存。

在本发明实施例中，全局内存管理服务（Global Memory Management  Service，GMMS）是多操作系统架构中运行在管理操作系统上的一个内存管理 服务模块或子系统，负责协调各个子操作系统对全局内存的使用情况，例如， 为各个子操作系统分配基础的运行内存、在子操作系统运行过程中应子操作系 统的申请重新为其分配内存以及释放内存等等。全局共享内存可以仅仅是一个 内存阵列，也可以是由多个内存阵列通过PCIe接口或者其他接口连接起来组成 的内存池（Memory Pool）。如附图2所示，是本发明实施例提供的包括全局共 享内存的多操作系统架构示意图。所有子操作系统的数据放置在全局共享内存 的不同区域，子操作系统启动时，全局内存管理服务将为其分配基础的运行内 存，之后子操作系统可以在运行时动态申请和释放内存，全局内存管理服务会 以块为单位将不同区域内存分配给不同子操作系统。

记内存压力阈值为Pr，当步骤S102中，子操作系统计算出的内存压力指标 P1即a×PRR+b×TP＞Pr时，则子操作系统向全局内存管理服务发出申请，以 从全局共享内存分配当前可获取的内存。全局内存管理服务可以按照公式a× R/（P+N）+b×TP×P/（P+N）≤Pr计算出N，然后，对N向上取整，以向 上取整后的N为最小内存块数向子操作系统分配内存。计算式a×R/（P+N）+ b×TP×P/（P+N）≤Pr中，R表示前述步骤S101中所统计的预定次数的任务 轮转期间总的页面替换数，P是总的物理页面数，TP是内存驻留时间比值，Pr 是内存压力阈值，a和b是页面换出率PRR和内存驻留时间比值TP在线性组合a ×PRR+b×TP中的比例调节参数。

子操作系统向全局内存管理服务发出申请，以从全局共享内存分配当前可 获取的内存包括以下步骤：

S1031，子操作系统向全局内存管理服务发送内存申请消息。

全局内存管理服务收到内存申请消息时，根据当前全局空闲内存情况决定 是否给该子操作系统分配内存，其主要过程包括全局内存管理服务查询当前空 闲内存队列列表以获取当前空闲内存块数。可能出现如下三种情形，即：1） 内存足够分配；2）内存不足完成本次分配；3）两个子操作系统同时申请，内 存不足以为该两个子操作系统分配。

对于情形1），全局内存管理服务可以将内存分配给申请内存的子操作系 统。对于情形2），全局内存管理服务可以将部分内存分配给申请内存的子操作 系统，与此同时，更新当前全局内存的占用情况。对于情形3）的异常情况， 交由异常程序处理模块处理，此时，全局内存管理服务将根据该两个子操作系 统内存压力的大小，按比例进行部分内存分配。

在获取了可分配内存的大小之后，全局内存管理服务从空闲内存队列中选 取可分配的内存块并将其标记为不可用状态，同时，全局内存管理服务向申请 内存的子操作系统发送内存分配消息，其中携带可分配内存的描述消息。

S1032，子操作系统接收全局内存管理服务发送的内存分配消息。

S1033，子操作系统根据所述可分配内存的描述消息将可分配内存块加入 到自身的物理内存队列并将所述可分配内存块标记为不可用状态。

S1034，子操作系统向所述全局内存管理服务发送更新确认消息。

在收到来自申请内存的子操作系统返回的更新确认消息后，全局内存管理 服务将原标记未不可用的内存块从空闲内存队列列表中删除，并向申请内存的 子操作系统发送响应消息。

S1035，子操作系统收到全局内存管理服务返回的更新确认消息的响应消 息后，将标记为不可用状态的可分配内存块标记为可用状态。

在本发明实施例中，子操作系统使用一个变量记录一段时间的工作集页面 大小，这一段时间使用预定次数的任务轮转来度量。该变量在每次任务轮转时 时统计该任务的工作集页面大小，每个任务在其所在时间片内的页面切换次数 作为该任务的工作页面大小，取N次任务轮转中工作页面的最大值作为这段时 间的工作集页面。由于子操作系统总是统计最近N次任务轮转的工作集页面， 因此，在每次任务轮转过程中，该值都将被更新。

为了减少对资源的不合理利用，子操作系统可以主动释放空闲的内存，即， 若子操作系统确认当前空闲页面数大于其当前工作集页面，则向全局内存管理 服务发送可释放内存消息以申请释放内存；空闲页面中除工作集页面之外即物 理页面数减去工作集页面数的内存作为可释放内存。子操作系统向全局内存管 理服务发送可释放内存消息以申请释放内存具体包括步骤S1至步骤S：

S1，子操作系统向全局内存管理服务发送可释放内存消息。

全局内存管理服务收到该可释放内存消息之后，向该子操作系统发送内存 释放消息，作为对子操作系统内存释放请求的响应。

S2，子操作系统接收全局内存管理服务返回的内存释放消息。

子操作系统收到全局内存管理服务返回的内存释放消息后，将可释放内存 标记为不可用状态。

S3，子操作系统从本地空闲内存队列中获取空闲内存区域并更新机器状态 后向全局内存管理服务返回释放内存区域信息，以使所述全局内存管理服务更 新全局空闲内存队列。

其中，更新机器状态主要是包括更新物理内存登记表和内存页面使用表等 等。

全局内存管理服务收到子操作系统返回的释放内存区域信息后，向子操作 系统发送更新信息。

子操作系统更新本地空闲内存列表，向全局内存管理服务返回确认更新信 息，全局内存管理服务更新全局空闲内存队列，完成本次内存释放过程。

关于释放内存时的异常处理，可以根据空闲内存的实际大小进行，即，当 子操作系统收到全局内存管理服务返回的内存释放消息时，空闲内存队列的空 闲内存已经不足释放内存大小时，取消此次的释放内存，具体方法是可以采取 直接丢弃该内存释放消息。如果全局内存管理服务长时间未收到来自于子操作 系统的更新确认消息时，全局内存管理服务默认已收到更新信息，完成整个内 存释放过程。

从上述本发明实施例提供的全局内存共享方法可知，由于多操作系统中的 各个子操作系统是根据其自身内存压力指标与内存压力阈值的大小关系，确定 是否向全局内存管理服务发出申请内存的请求。因此，本发明实施例提供的方 法在多操作系统的架构下，各个子操作系统能完成更多的自适应工作，降低全 局内存管理服务复杂度，提升系统性能，同时，由于子操作系统之间能够独立 地完成内存的申请及释放工作，如此可以提高全局内存的利用率，也使得多操 作系统架构有更好的可扩展性。

请参阅附图3，是本发明实施例提供的一种全局内存共享方法流程示意图， 主要包括步骤S301、步骤S302、步骤S303和步骤S304：

S301，全局内存管理服务将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记为不 可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分配消息携带可分 配内存块的描述消息。

当多操作系统中的子操作系统计算出其内存压力指标大于内存压力阈值 时，则该子操作系统会向全局内存管理服务发出申请，以从全局共享内存分配 当前可获取的内存。该申请以内存申请消息方式发出。

全局内存管理服务收到内存申请消息时，根据当前全局空闲内存情况决定 是否给该子操作系统分配内存，其主要过程包括全局内存管理服务查询当前空 闲内存队列列表以获取当前空闲内存块数。可能出现如下三种情形，即：1） 内存足够分配；2）内存不足完成本次分配；3）两个子操作系统同时申请，内 存不足以为该两个子操作系统分配。

对于情形1），全局内存管理服务可以将内存分配给申请内存的子操作系 统。对于情形2），全局内存管理服务可以将部分内存分配给申请内存的子操作 系统，与此同时，更新当前全局内存的占用情况。对于情形3）的异常情况， 交由异常程序处理模块处理，此时，全局内存管理服务将根据该两个子操作系 统内存压力的大小，按比例进行部分内存分配。

在获取了可分配内存的大小之后，全局内存管理服务从空闲内存队列中选 取可分配的内存块并将其标记为不可用状态，同时，全局内存管理服务向申请 内存的子操作系统发送内存分配消息，其中携带可分配内存的描述消息。子操 作系统根据可分配内存的描述消息将可分配内存块加入到自身的物理内存队 列并将可分配内存块标记为不可用状态；子操作系统向全局内存管理服务发送 更新确认消息。

S302，全局内存管理服务接收子操作系统返回的更新确认消息。

S303，全局内存管理服务根据所述更新确认消息将所述标记为不可用状态 的内存块从所述全局空闲内存队列中删除。

S304，全局内存管理服务向所述子操作系统发送所述更新确认消息的响应 消息。

为了减少对资源的不合理利用，全局内存管理服务还接收子操作系统主动 释放空闲内存的申请，即，全局内存管理服务接收子操作系统在确认所述子操 作系统当前空闲页面数大于其当前工作集页面时发送的可释放内存消息以释 放内存。具体包括S1至S4：

S1，全局内存管理服务接收子操作系统发送的可释放内存消息。

S2，全局内存管理服务根据可释放内存消息向所述子操作系统返回内存释 放消息。

子操作系统收到全局内存管理服务返回的内存释放消息后，将可释放内存 标记为不可用状态，从本地空闲内存队列中获取空闲内存区域并更新机器状态 后向全局内存管理服务返回释放内存区域信息，以使所述全局内存管理服务更 新全局空闲内存队列。

S3，全局内存管理服务接收子操作系统返回的释放内存区域信息。

S4，全局内存管理服务更新全局空闲内存队列。

全局内存管理服务收到子操作系统返回的释放内存区域信息后，向子操作 系统发送更新信息。子操作系统更新本地空闲内存列表，向全局内存管理服务 返回确认更新信息。全局内存管理服务更新全局空闲内存队列，完成本次内存 释放过程。

请参阅附图4，是本发明实施例提供的全局内存共享装置结构示意图。为 了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图4示例的全局内存 共享装置可以是多操作系统架构中的任意一个子操作系统，其包括统计模块 401、计算模块402和内存申请模块403，其中：

统计模块401，用于统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间 的内存驻留时间比值；

计算模块402，用于根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计算内存压 力指标；

内存申请模块403，用于所述内存压力指标大于内存压力阈值时向全局内 存管理服务发出申请，该申请用于全局内存管理服务从全局共享内存为该子操 作系统分配当前可获取的内存。全局内存管理服务（Global Memory  Management Service，GMMS）是多操作系统架构中运行在管理操作系统上的 一个内存管理服务模块或子系统，负责协调各个子操作系统对全局内存的使用 情况，例如，为各个子操作系统分配基础的运行内存、在子操作系统运行过程 中应子操作系统的申请重新为其分配内存以及释放内存等等。全局共享内存可 以仅仅是一个内存阵列，也可以是由多个内存阵列通过PCIe接口或者其他接口 连接起来组成的内存池（Memory Pool）。如附图2所示，是本发明实施例提供 的包括全局共享内存的多操作系统架构示意图。所有子操作系统的数据放置在 全局共享内存的不同区域，子操作系统启动时，全局内存管理服务将为其分配 基础的运行内存，之后子操作系统可以在运行时动态申请和释放内存，全局内 存管理服务会以块为单位将不同区域内存分配给不同子操作系统。

当计算模块402根据页面换出率和内存驻留时间比值计算出内存压力指标 并且该内存压力指标大于内存压力阈值时，内存申请模块403向全局内存管理 服务发出申请。全局内存管理服务可以按照公式a×R/（P+N）+b×TP×P/ （P+N）≤Pr计算出N，然后，对N向上取整，以向上取整后的N为最小内存 块数向子操作系统分配内存。计算式a×R/（P+N）+b×TP×P/（P+N）≤ Pr中，R表示统计模块401所统计的预定次数的任务轮转期间总的页面替换数， P是总的物理页面数，TP是内存驻留时间比值，Pr是内存压力阈值，a和b是页 面换出率PRR和内存驻留时间比值TP在线性组合a×PRR+b×TP中的比例调 节参数。

需要说明的是，以上全局内存共享装置的实施方式中，各功能模块的划分 仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件 的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述全局 内存共享装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者 部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的 硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的统计模块， 可以是具有执行前述统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间的 内存驻留时间比值的硬件，例如统计器，也可以是能够执行相应计算机程序从 而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的内存申请模块， 可以是具有执行前述内存压力指标大于内存压力阈值时向全局内存管理服务 发出申请，以从全局共享内存分配当前可获取的内存功能的硬件，例如内存申 请器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者 其他硬件设备（本说明书提供的各个实施例都可应用上述描述原则）。

附图4示例的全局内存共享装置中，子操作系统是组成多操作系统架构中 的任意一个操作系统，每个子操作系统包含LMMS模块和HB模块，其中， LMMS负责对所属子操作系统的内存进行管理，HB模块提供心跳机制，负责 向管理操作系统提供用于表明该子操作系统尚在运行的“心跳”信息和其他信 息。

每个子操作系统使用一个变量记录预定次数的任务轮转期间页面换出次 数，该记录页面换出次数的变量在每次换页（PageFault）期间自增。作为统计 预定次数的任务轮转期间页面换出率的一个实施例，可以由统计模块401统计 预定次数的任务轮转期间页面换出次数，当任务轮转期间页面换出次数统计出 来后，不难得出此期间总的页面替换数（记为R）。对于既定的系统，由于总 的物理页面数（记为P）是已知的，因此，可以计算出任务轮转期间总的页面 替换数与物理页面数的比值R/P，以该比值作为预定次数的任务轮转期间页面 换出率。为了便于说明，将预定次数的任务轮转期间页面换出率记为PRR，则 PRR=R/P。

在多操作系统架构中，每个子操作系统还使用一个变量TRmin记录页面在 内存中的最小驻留时间。一个页面在内存的驻留时间（记为TR）可使用当前 时间戳Tc与页面换入时间戳Ti之差表示，即内存驻留时间TR=当前时间戳Tc -页面换入时间戳Ti。

在每次换页（PageFault）期间，子操作系统都计算当前换出页面的内存驻 留时间。如果当前内存驻留时间小于之前的内存驻留时间，则将当前内存驻留 时间作为最小内存驻留时间TRmin，如果当前内存驻留时间大于之前的内存驻 留时间，则以之前的内存驻留时间作为最小内存驻留时间TRmin。子操作系统 统计出最小内存驻留时间TRmin后，统计模块401可以将最小内存驻留时间 TRmin与内存驻留时间阈值Tt的比值作为内存驻留时间比值（记为TP），即TP= TRmin/Tt。在附图4示例的全局内存共享装置中，内存驻留时间比值TP是衡量 多操作系统架构中子操作系统内存压力指标的参数之一。

附图4示例的统计模块401可以包括第一统计单元501和第二统计单元502， 如附图5所示本发明另一实施例提供的全局内存共享装置，其中：

第一统计单元501，用于统计预定次数的任务轮转期间页面换出次数，以 所述任务轮转期间总的页面替换数与物理页面数的比值作为所述页面换出率；

第二统计单元502，用于统计最小内存驻留时间，以所述最小内存驻留时 间与内存驻留时间阈值的比值作为所述内存驻留时间比值。

附图4或附图5示例的计算模块402可以包括线性组合单元601，如附图6-a 或附图6-b所示本发明另一实施例提供的全局内存共享装置。线性组合单元601 用于计算所述页面换出率和内存驻留时间比值的线性组合a×PRR+b×TP，以 所述a×PRR+b×TP作为所述内存压力指标，其中，所述a和所述b为所述页面 换出率PRR和内存驻留时间比值在所述线性组合中的比例调节参数，而PRR就 是预定次数的任务轮转期间页面换出率，TP就是内存驻留时间比值。

附图6-a或附图6-b示例的内存申请模块403可以包括第一发送单元701、接 收单元702、内存添加单元703、第二发送单元704和标记单元705，如附图7-a 或附图7-b所示本发明另一实施例提供的全局内存共享装置，其中：

第一发送单元701，用于向全局内存管理服务发送内存申请消息；

接收单元702，用于接收全局内存管理服务发送的内存分配消息，内存分 配消息携带可分配内存的描述消息；

内存添加单元703，用于根据可分配内存的描述消息将可分配内存块加入 到自身的物理内存队列并将可分配内存块标记为不可用状态；

第二发送单元704，用于向全局内存管理服务发送更新确认消息；

标记单元705，用于收到全局内存管理服务返回的更新确认消息的响应消 息后，将标记为不可用状态的可分配内存块标记为可用状态。

需要说明的是，全局内存管理服务收到第一发送单元701发送的内存申请 消息时，根据当前全局空闲内存情况决定是否给该子操作系统分配内存，其主 要过程包括全局内存管理服务查询当前空闲内存队列列表以获取当前空闲内 存块数。可能出现如下三种情形，即：1）内存足够分配；2）内存不足完成本 次分配；3）两个子操作系统同时申请，内存不足以为该两个子操作系统分配。 对于情形1），全局内存管理服务可以将内存分配给申请内存的子操作系统。对 于情形2），全局内存管理服务可以将部分内存分配给申请内存的子操作系统， 与此同时，更新当前全局内存的占用情况。对于情形3）的异常情况，交由异 常程序处理模块处理，此时，全局内存管理服务将根据该两个子操作系统内存 压力的大小，按比例进行部分内存分配。在获取了可分配内存的大小之后，全 局内存管理服务从空闲内存队列中选取可分配的内存块并将其标记为不可用 状态，同时，全局内存管理服务向申请内存的子操作系统发送内存分配消息， 其中携带可分配内存的描述消息；接收单元702接收该内存分配消息。

附图7-a或附图7-b示例的全局内存共享装置还可以包括申请释放内存模块 801，如附图8-a或附图8-b所示本发明另一实施例提供的全局内存共享装置。申 请释放内存模块801用于确认当前空闲页面数大于子操作系统当前工作集页面 时向全局内存管理服务发送可释放内存消息以申请释放内存。

在附图8-a或附图8-b示例的全局内存共享装置中，子操作系统使用一个变 量记录一段时间的工作集页面大小，这一段时间使用预定次数的任务轮转来度 量。该变量在每次任务轮转时时统计该任务的工作集页面大小，每个任务在其 所在时间片内的页面切换次数作为该任务的工作页面大小，取N次任务轮转中 工作页面的最大值作为这段时间的工作集页面。由于子操作系统总是统计最近 N次任务轮转的工作集页面，因此，在每次任务轮转过程中，该值都将被更新。

为了减少对资源的不合理利用，子操作系统可以主动释放空闲的内存，即， 若子操作系统确认当前空闲页面数大于其当前工作集页面，则向全局内存管理 服务发送可释放内存消息以申请释放内存；空闲页面中除工作集页面之外即物 理页面数减去工作集页面数的内存作为可释放内存，如此，附图8-a或附图8-b 示例的申请释放内存模块801可以包括消息发送单元901、消息接收单元902和 状态更新单元903，如附图9-a或附图9-b所示本发明另一实施例提供的全局内存 共享装置，其中：

消息发送单元901，用于向全局内存管理服务发送可释放内存消息；

消息接收单元902，用于接收全局内存管理服务返回的所述内存释放消息；

状态更新单元903，用于子操作系统从本地空闲内存队列中获取空闲内存 区域并更新机器状态后向全局内存管理服务返回释放内存区域信息，以使全局 内存管理服务更新全局空闲内存队列。

请参阅附图10，是本发明另一实施例提供的全局内存共享装置结构示意 图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图10示例的 全局内存共享装置10可以是多操作系统架构中的全局内存管理服务模块或子 系统，其包括申请接收模块1001、空闲内存处理模块1002、第一消息接收模 块1003、内存删除模块1004和响应消息发送模块1005，其中：

申请接收模块1001，用于接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分配 当前可获取内存的申请；

空闲内存处理模块1002，用于将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记 为不可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分配消息携带 可分配内存的描述消息；

第一消息接收模块1003，用于接收所述子操作系统返回的更新确认消息；

内存删除模块1004，用于根据所述更新确认消息将所述标记为不可用状态 的内存块从所述全局空闲内存队列中删除；

响应消息发送模块1005，用于向所述子操作系统发送所述更新确认消息的 响应消息。

附图10示例的全局内存共享装置中，申请接收模块1001收到内存申请消息 时，全局内存管理服务模块根据当前全局空闲内存情况决定是否给该子操作系 统分配内存，其主要过程包括全局内存管理服务查询当前空闲内存队列列表以 获取当前空闲内存块数。可能出现如下三种情形，即：1）内存足够分配；2） 内存不足完成本次分配；3）两个子操作系统同时申请，内存不足以为该两个 子操作系统分配。对于情形1），全局内存管理服务可以将内存分配给申请内存 的子操作系统。对于情形2），全局内存管理服务可以将部分内存分配给申请内 存的子操作系统，与此同时，更新当前全局内存的占用情况。对于情形3）的 异常情况，交由异常程序处理模块处理，此时，全局内存管理服务模块将根据 该两个子操作系统内存压力的大小，按比例进行部分内存分配。在获取了可分 配内存的大小之后，空闲内存处理模块1002从空闲内存队列中选取可分配的内 存块并将其标记为不可用状态，同时，空闲内存处理模块1002向申请内存的子 操作系统发送内存分配消息，其中携带可分配内存的描述消息。子操作系统根 据可分配内存的描述消息将可分配内存块加入到自身的物理内存队列并将可 分配内存块标记为不可用状态；子操作系统向全局内存管理服务发送更新确认 消息。

需要说明的是，以上全局内存共享装置的实施方式中，各功能模块的划分 仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如相应硬件的配置要求或者软件 的实现的便利考虑，而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述全局 内存共享装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者 部分功能。而且，实际应用中，本实施例中的相应的功能模块可以是由相应的 硬件实现，也可以由相应的硬件执行相应的软件完成，例如，前述的申请接收 模块，可以是具有执行前述接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分配当 前可获取内存的申请的硬件，例如申请接收器，也可以是能够执行相应计算机 程序从而完成前述功能的一般处理器或者其他硬件设备；再如前述的空闲内存 处理模块，可以是具有执行前述将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记为 不可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息的硬件，例如空闲内存处理 器，也可以是能够执行相应计算机程序从而完成前述功能的一般处理器或者其 他硬件设备（本说明书提供的各个实施例都可应用上述描述原则）。

附图10示例的全局内存共享装置还包括第二消息接收模块1101，如附图11 所示本发明另一实施例提供的全局内存共享装置11。第二消息接收模块1101 用于接收子操作系统在确认所述子操作系统当前空闲页面数大于所述子操作 系统当前工作集页面时发送的可释放内存消息以释放内存。

附图11示例的第二消息接收模块1101可以包括第一接收单元1201、发送单 元1202、第二接收单元1203和内存更新单元1204，如附图12所示本发明另一实 施例提供的全局内存共享装置12。

第一接收单元1201，用于接收子操作系统发送的可释放内存消息；

发送单元1202，用于根据可释放内存消息向子操作系统返回内存释放消 息；

第二接收单元1203，用于接收子操作系统返回的释放内存区域信息；

内存更新单元1204，用于更新全局空闲内存队列。

请参阅附图13，是本发明实施例提供的一种通信系统结构示意图。为了 便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。附图13示例的通信系统 包括全局内存管理服务子系统131和至少一个子操作系统132，全局内存管理 服务子系统131包括申请接收模块1311、空闲内存处理模块1312、第一消息 接收模块1313、内存删除模块1314和响应消息发送模块1315，子操作系统 132包括统计模块1321、计算模块1322和内存申请模块1323，其中：

统计模块1321，用于统计预定次数的任务轮转期间页面换出率PRR和换页 期间的内存驻留时间比值TP；

计算模块1322，用于根据所述页面换出率PRR和内存驻留时间比值TP计算 内存压力指标；

内存申请模块1323，用于所述内存压力指标大于内存压力阈值时向全局内 存管理服务子系统131发出申请，以从全局共享内存分配当前可获取的内存；

申请接收模块1311，用于接收子操作系统132发出的用于从全局共享内存 分配当前可获取内存的申请；

空闲内存处理模块1312，用于将全局空闲内存队列中可分配的内存块标记 为不可用状态并向子操作系统132发送内存分配消息，所述内存分配消息携带 可分配内存的描述消息；

第一消息接收模块1313，用于接收子操作系统132返回的更新确认消息；

内存删除模块1314，用于根据更新确认消息将所述标记为不可用状态的内 存块从全局空闲内存队列中删除；

响应消息发送模块1315，用于向子操作系统132发送更新确认消息的响应 消息。

需要说明的是，上述装置各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容， 由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施 例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，比如以下各种方法的一种或多种 或全部：

方法一：子操作系统统计预定次数的任务轮转期间页面换出率和换页期间 的内存驻留时间比值；子操作系统根据所述页面换出率和内存驻留时间比值计 算内存压力指标；若所述内存压力指标大于内存压力阈值，则子操作系统向全 局内存管理服务发出申请，以从全局共享内存分配当前可获取的内存。

方法二：全局内存管理服务接收子操作系统发出的用于从全局共享内存分 配当前可获取内存的申请；全局内存管理服务将全局空闲内存队列中可分配的 内存块标记为不可用状态并向所述子操作系统发送内存分配消息，所述内存分 配消息携带可分配内存块的描述消息；全局内存管理服务接收所述子操作系统 返回的更新确认消息；全局内存管理服务根据所述更新确认消息将所述标记为 不可用状态的内存块从所述全局空闲内存队列中删除；全局内存管理服务向所 述子操作系统发送所述更新确认消息的响应消息。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读 存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、 随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例提供的全局内存共享方法、装置和一种通信系统进行 了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于 本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均 会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。