虚拟机保留内存是虚拟化环境中一项关键的技术机制,它直接关系到虚拟机的性能表现、资源利用率以及宿主系统的稳定性，理解保留内存的概念、工作原理及其应用场景，对于虚拟化平台的管理者和使用者而言具有重要意义。
保留内存的基本概念
保留内存（Reserved Memory）在虚拟化领域通常指预先为虚拟机分配并锁定的一部分物理内存资源，这部分内存不会被虚拟机操作系统内的其他应用程序或进程动态使用，而是由虚拟机监控程序（Hypervisor）直接管理，确保在虚拟机运行期间始终可用，与虚拟机配置内存（Assigned Memory）不同，配置内存是虚拟机操作系统可以使用的总内存量，而保留内存则是其中被“保留”出来、具有更高可用性保证的部分。
保留内存的核心目的在于解决内存争用问题,在多虚拟机共宿同一物理服务器的环境中，如果所有虚拟机都按需动态申请内存，当宿主机物理内存紧张时，虚拟机监控程序可能需要从某些虚拟机中回收内存（即内存交换或 ballooning），这可能导致虚拟机性能下降甚至服务中断，通过设置保留内存，可以为关键虚拟机提供内存保障，确保其在高负载或内存紧张情况下仍能获得必要的内存资源，避免因内存回收而引发性能抖动。
保留内存的工作机制
虚拟机监控程序通过特定的内存管理技术实现保留内存功能,以常见的 VMware vSphere 平台为例，其内存保留机制主要依赖“内存预留”（Memory Reservation）功能，当为虚拟机设置内存预留后，Hypervisor 会在物理内存中划出相应大小的连续或非连续区域，并将其与该虚拟机绑定。
当虚拟机启动时,Hypervisor 首先确保其预留的内存量得到满足，这部分内存对虚拟机操作系统而言，如同独占的物理内存，不会被 Hypervisor 用于其他虚拟机或宿主机系统，即使宿主机整体内存资源紧张，Hypervisor 也不会从设置了内存预留的虚拟机中回收这部分内存（除非虚拟机被关闭或迁移），对于超出预留部分的内存（即“可压缩内存”或“可交换内存”），Hypervisor 则可以根据宿主机整体内存使用情况进行动态分配和回收，通过内存压缩、交换到磁盘或 ballooning 等技术实现内存资源的共享。
这种机制相当于为虚拟机内存提供了“优先级保障”，预留的内存是虚拟机的“硬需求”，而超出预留的部分则是“弹性需求”，通过合理设置预留比例，可以在保障关键应用性能的同时，最大限度地提高宿主机的内存利用率。
保留内存的性能影响
保留内存对虚拟机性能的影响主要体现在以下几个方面：
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减少内存交换，提升稳定性：设置了内存预留的虚拟机，其核心内存不会被回收，从而避免了因内存不足导致的页面交换（Swapping）或气球驱动（Ballooning）带来的 I/O 开销和性能延迟，这对于对内存延迟敏感的应用（如数据库、实时交易系统）尤为重要。
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避免内存压力传导：在宿主机内存高负载时，未设置预留的虚拟机可能因内存被回收而出现性能急剧下降，甚至引发操作系统内核OOM（Out of Memory）错误，而设置了预留的虚拟机可以“免疫”这种来自宿主机的内存压力传导，保持相对稳定的运行状态。
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潜在的内存资源浪费：保留内存的弊端在于可能导致物理内存资源利用率降低，如果为所有虚拟机都设置过高的内存预留，会使得宿主机在内存空闲时也无法将这部分预留内存分配给其他虚拟机使用，造成资源闲置，保留内存的设置需要在性能保障和资源利用之间找到平衡点。
保留内存的配置与应用场景
合理配置保留内存需要综合考虑虚拟机的业务重要性、内存使用模式以及宿主机的硬件资源，以下是一些常见的应用场景和配置建议：
| 应用场景 | 内存预留建议 | 说明 |
|---|---|---|
| 关键业务虚拟机（如数据库、核心交易系统） | 100% 或接近 100% | 确保绝对内存性能，避免任何内存回收导致的服务中断或性能抖动。 |
| 生产环境重要应用服务 | 50% – 80% | 在保障大部分内存需求的同时，允许少量内存动态调整，兼顾资源利用率。 |
| 开发测试环境虚拟机 | 0% – 30% | 对性能要求不高，可充分利用宿主机内存资源，通过动态内存管理提高利用率。 |
| 间歇性高负载应用 | 根据平均负载预留 + 缓冲 | 根据应用平均内存使用量设置预留，并适当增加缓冲以应对负载峰值。 |
在配置内存预留时,还需要注意以下几点：
- 监控与分析：应通过虚拟化平台的监控工具（如 vSphere vCenter、Hyper-V Manager）长期跟踪虚拟机的内存使用情况，了解其内存使用峰值、平均值和波动规律，为预留设置提供数据支持。
- 动态内存技术配合：对于未设置 100% 预留的虚拟机，可以结合使用动态内存（Dynamic Memory）技术（如 Hyper-V 的动态内存、vSphere 的内存过量使用），让 Hypervisor 根据实际需求动态调整分配给虚拟机的内存，从而在预留基础上进一步提高资源利用率。
- 宿主机资源规划：在规划宿主机内存时，需要将所有虚拟机的内存预留量作为“硬性需求”进行加总，确保宿主机总物理内存能够满足所有虚拟机的预留内存之和，否则虚拟机将无法正常启动或运行。
虚拟机保留内存是虚拟化环境中保障关键应用性能和稳定性的重要手段,通过合理设置内存预留，可以有效减少内存争用对虚拟机性能的影响，避免内存压力传导，保留内存的配置并非越高越好，需要在性能保障与资源利用率之间进行权衡，管理员需要深入理解业务需求，结合监控数据分析，灵活运用保留内存机制，并结合动态内存等优化技术，才能构建出高性能、高效率且稳定的虚拟化基础设施，在实际应用中，针对不同重要性和负载特征的虚拟机采取差异化的内存预留策略，是实现虚拟化平台资源优化配置的关键所在。
