[發(fā)明專利]基于分布式文件系統(tǒng)的虛擬機遷移方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110402083.3
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102521038A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建欣;崔磊;李博;胡春明;懷進鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/455
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及技術(shù)虛擬機遷移技術(shù)，尤其涉及一種基于分布式文件系統(tǒng)的虛擬機遷移方法和裝置。

背景技術(shù)

針對大規(guī)模計算處理平臺，為了解決其廣域分布的物理資源層的動態(tài)性和異構(gòu)性，聚合并組織各種各樣的計算資源、數(shù)據(jù)資源及軟件資源，多采用虛擬機技術(shù)來屏蔽硬件的異構(gòu)性對上層軟件的影響；同時采用虛擬機還具有隔離軟件的作用，部署在同一個物理主機上不同虛擬機里的軟件可以相互沒有影響地運行。同時，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心平臺中，為了統(tǒng)一管理、維護及共享的需求，虛擬機的鏡像由分布式文件系統(tǒng)管理，存放于分布式文件系統(tǒng)的一個或多個存儲設(shè)備中，虛擬機的內(nèi)存則運行于一臺服務(wù)器即主機中。虛擬機啟動后對其鏡像文件的訪問，需要通過調(diào)用分布式文件系統(tǒng)的接口來遠程請求數(shù)據(jù)。

其中，在分布式文件系統(tǒng)下，維護者可以任意添加文件服務(wù)器或修改文件位置，用戶可以在多個不同的點上訪問數(shù)據(jù)；同時，分布式文件系統(tǒng)可以進行文件的垃圾回收或者重新組織文件的分布以改善系統(tǒng)的負載均衡，能根據(jù)數(shù)據(jù)量的增長提供無縫的、不停機的容量擴充。相比傳統(tǒng)文件系統(tǒng)，分布式文件系統(tǒng)有良好的性能、可伸縮性、可靠性以及可用性。其中，分布式文件系統(tǒng)GFS、HDFS等均采用主機(master)、從機(slave)的設(shè)計，主機用來做集中式的文件管理，維護文件系統(tǒng)所有的元數(shù)據(jù)，包括名字空間、訪問控制信息和文件到數(shù)據(jù)塊的映射信息，以及數(shù)據(jù)塊當(dāng)前所在的位置；從機真正作為數(shù)據(jù)的存儲服務(wù)器，負責(zé)處理客戶端對文件的讀寫訪問。而虛擬機技術(shù)的實現(xiàn)，為上層應(yīng)用程序提供了很好的透明性支持，優(yōu)化了資源利用率，提高了資源使用的靈活性和可擴展性，增強了系統(tǒng)的安全性和可用性，例如當(dāng)前常見的虛擬機軟件有威睿虛擬系統(tǒng)軟件VMWare、基于內(nèi)核的虛擬機kvm以及虛擬機監(jiān)控器xen等。此外，為了應(yīng)對硬件或軟件資源的故障、設(shè)備停機維修，或資源的負載均衡等問題，虛擬機的在線遷移技術(shù)變得非常重要。虛擬機在線遷移主要是指，當(dāng)服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心發(fā)生異常時，其工作負載可以自動轉(zhuǎn)移到正常運行的服務(wù)器上；當(dāng)服務(wù)器需要維護時，可以把運行其上的虛擬機遷移到有空閑計算資源的服務(wù)器上，維護結(jié)束服務(wù)器恢復(fù)運行后把虛擬機遷移回原服務(wù)器，整個過程不會中斷，從而保持了業(yè)務(wù)連續(xù)性；在線遷移還可以支持IT管理在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器之間實現(xiàn)負載均衡，避免出現(xiàn)部分過載情況，實現(xiàn)服務(wù)器的整合；在線遷移還可以用于實現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)，因為虛擬機可以在不同站點間自由移動，在主本虛擬機因故障宕機后，遠程站點的副本虛擬機接管業(yè)務(wù)來實現(xiàn)容災(zāi)。

目前在線遷移機制都要求宿主機之間采用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(storage?area?network，SAN)，網(wǎng)絡(luò)接入存儲(network-attached?storage，NAS)等集中式共享外存設(shè)備，因而在遷移時只需要考慮操作系統(tǒng)內(nèi)存執(zhí)行狀態(tài)的遷移。虛擬內(nèi)存在線遷移都采用預(yù)拷貝(pre-copy)的策略，基本機制如下：遷移開始之后，源主機的虛擬機仍在運行，目的主機的虛擬機尚未啟動。遷移通過一個循環(huán)，將源主機的虛擬機的內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)送至目的主機。循環(huán)第一輪發(fā)送所有內(nèi)存頁數(shù)據(jù)，接下來的每一輪循環(huán)發(fā)送上一輪預(yù)拷貝過程中被源主機的虛擬機寫過的臟頁內(nèi)存(dirty?pages)，直到臟頁內(nèi)存減少到一定值，預(yù)拷貝循環(huán)結(jié)束，進入停機拷貝階段，源主機被掛起，不再有內(nèi)存更新。最后一輪循環(huán)中的臟頁內(nèi)存被傳輸至目的主機，虛擬機內(nèi)存遷移完成，目的主機就可以啟動虛擬機。預(yù)拷貝機制極大的減少了停機拷貝階段需要傳輸?shù)膬?nèi)存數(shù)據(jù)量，從而將停機時間大大縮小。

但是，當(dāng)單位時間內(nèi)虛擬機新增長的內(nèi)存量大于當(dāng)前可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬時，虛擬機無法將該部分內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)侥康闹鳈C上；若該條件在一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)生，則虛擬機因待遷移的內(nèi)存無法收斂導(dǎo)致遷移失敗。在密集型的數(shù)據(jù)處理場景中，該條件由于網(wǎng)絡(luò)資源的大量占用會時常發(fā)生：同一服務(wù)器上的多個虛擬機同時進行數(shù)據(jù)的讀寫操作，這導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的長時間大量占用，當(dāng)前可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬過低，如果此時有虛擬機遷移的需要，則會因遷移條件無法滿足造成虛擬機的遷移無法完成。

現(xiàn)有系統(tǒng)中為解決遷移無法完成，通常采用以下方法：

(1)數(shù)據(jù)傳輸與任務(wù)執(zhí)行使用不同的網(wǎng)絡(luò)，使得密集的數(shù)據(jù)傳輸不會影響任務(wù)的正常執(zhí)行。這種解決方案帶來了環(huán)境建設(shè)的開銷，特別是平臺為了高可用需求而采用網(wǎng)絡(luò)冗余機制，需要額外2套網(wǎng)絡(luò)。

(2)先將虛擬機停機再遷移，這種機制無需遷移內(nèi)存，只需在目的主機配置并重新啟動該虛擬機即可。這種機制帶來了一定的宕機時間，特別是在虛擬機應(yīng)用于服務(wù)或進行數(shù)據(jù)傳輸時，無法滿足用戶需要。