[發(fā)明專利]虛擬機(jī)全系統(tǒng)在線遷移方法、裝置與系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210296069.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103631633B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴培源;樊勇兵;唐宏;金華敏;陳楠;燕杰;秦潤(rùn)鋒;陳天;蔣春元;李巧玲;劉藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電信股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F9/455
• 分類號(hào): G06F9/455;G06F9/48
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 曲瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種虛擬機(jī)全系統(tǒng)在線遷移方法、裝置與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

虛擬機(jī)遷移通常是指將一臺(tái)主機(jī)，例如，源主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)遷移到另一臺(tái)主機(jī)，例如，目標(biāo)主機(jī)上運(yùn)行。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要將虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)從源主機(jī)傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)，然后再在目標(biāo)主機(jī)上恢復(fù)虛擬機(jī)的運(yùn)行。在線遷移是指在整個(gè)遷移過(guò)程中，虛擬機(jī)的暫停時(shí)間非常短暫，虛擬機(jī)上運(yùn)行的服務(wù)始終能夠響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，這種遷移也稱為熱遷移。

現(xiàn)階段的虛擬機(jī)遷移通常僅限于局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，如Xen和VMWare等均基于虛擬機(jī)鏡像文件的共享，目前大部分虛擬機(jī)遷移的研究都只關(guān)注源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)共享磁盤存儲(chǔ)的情況。在這種情形下，只需要遷移虛擬機(jī)的內(nèi)存和CPU狀態(tài)，這種遷移方案只能解決同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)管理問(wèn)題。

隨著虛擬機(jī)計(jì)算環(huán)境的發(fā)展與普及，單一局域網(wǎng)管理的機(jī)器數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將限制虛擬計(jì)算環(huán)境的可擴(kuò)展性，當(dāng)這些機(jī)器上的虛擬機(jī)需要進(jìn)行跨域遷移時(shí)，通常本地磁盤數(shù)據(jù)也必須傳輸?shù)侥繕?biāo)主機(jī)，這種包括外存數(shù)據(jù)在內(nèi)的虛擬機(jī)遷移稱為全系統(tǒng)遷移。全系統(tǒng)在線遷移則是指遷移過(guò)程中虛擬機(jī)不需要關(guān)閉，并且只有短暫的暫停時(shí)間的全系統(tǒng)遷移。

目前支持全系統(tǒng)遷移的虛擬化產(chǎn)品主要有紅帽子公司的KVM和VMware公司的vsphere。KVM的全系統(tǒng)遷移主要使用“塊遷移”（Block?Migration）技術(shù)，其主要原理是：如果被遷移的虛擬機(jī)使用了磁盤分區(qū)位存儲(chǔ)設(shè)備，則先把磁盤分區(qū)轉(zhuǎn)換成鏡像文件再拷貝到目標(biāo)主機(jī)；在目標(biāo)主機(jī)恢復(fù)虛擬機(jī)時(shí)，把鏡像文件恢復(fù)到目標(biāo)主機(jī)的磁盤分區(qū)中去。對(duì)于虛擬機(jī)系統(tǒng)使用了多個(gè)磁盤分區(qū)的，需要每個(gè)分區(qū)單獨(dú)轉(zhuǎn)換成鏡像文件，然后再進(jìn)行遷移。在進(jìn)行全系統(tǒng)遷移時(shí)，先進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的塊遷移，在塊遷移完畢后保存內(nèi)存，然后暫停虛擬機(jī)，并傳輸所有還沒(méi)有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊；在遷移完成后再釋放資源。

VMware公司的vsphere支持的遷移方式一共有三種，包括在線的虛擬機(jī)遷移（vMotion）、在線的存儲(chǔ)遷移和離線的主機(jī)與存儲(chǔ)遷移。在需要在線的全系統(tǒng)遷移時(shí)，可以先進(jìn)行存儲(chǔ)遷移之后，再進(jìn)行計(jì)算遷移。但vsphere目前只支持離線的全系統(tǒng)遷移，即遷移時(shí)虛擬機(jī)是處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，并不支持真正的在線全系統(tǒng)遷移。

北京大學(xué)張彬彬等人在《虛擬機(jī)全系統(tǒng)在線遷移》一文中提出的全系統(tǒng)遷移方法，在虛擬機(jī)恢復(fù)運(yùn)行上作了很大的改進(jìn)，主要原理是在臟數(shù)據(jù)塊（即，增量數(shù)據(jù)）還沒(méi)完全傳輸完畢前就進(jìn)行虛擬機(jī)的恢復(fù)運(yùn)行，并截獲被遷移虛擬機(jī)的寫操作，若要讀取一個(gè)臟數(shù)據(jù)塊，則從源主機(jī)的存儲(chǔ)上拉取數(shù)據(jù)塊，并優(yōu)先傳送，而其他外存臟數(shù)據(jù)塊則是按序向目標(biāo)主機(jī)推送。該改進(jìn)方法有效降低了遷移過(guò)程中的停機(jī)時(shí)間，特別是在外存數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)存數(shù)據(jù)的時(shí)候能表現(xiàn)出較佳的性能，并且作者對(duì)外存遷移（即虛擬機(jī)的存儲(chǔ)遷移）進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證，但對(duì)于內(nèi)存數(shù)據(jù)的遷移部分，并沒(méi)有作具體的闡述。

雖然這些全系統(tǒng)遷移能在一些場(chǎng)景下很好地完成虛擬機(jī)的遷移需求，但理想的全系統(tǒng)在線遷移應(yīng)該最小化暫停時(shí)間，盡可能降低遷移總時(shí)間和遷移數(shù)據(jù)量，并降低性能代價(jià)。此外還應(yīng)該保證遷移過(guò)程不會(huì)造成對(duì)源主機(jī)的長(zhǎng)期依賴，并且保證遷移過(guò)程對(duì)客戶操作系統(tǒng)透明，而以上方法雖各有優(yōu)點(diǎn)，但仍存在以下問(wèn)題：

（1）VMware的vsphere產(chǎn)品雖然分別支持在線的虛擬機(jī)遷移（vMotion）和在線的存儲(chǔ)遷移，但兩種遷移機(jī)制的簡(jiǎn)單組合會(huì)造成兩次虛擬機(jī)的停機(jī)，即虛擬機(jī)遷移時(shí)有一次停機(jī)，存儲(chǔ)遷移時(shí)還有一次停機(jī)，這對(duì)虛擬機(jī)上的服務(wù)將造成較大的影響。此外，由于虛擬機(jī)CPU對(duì)操作系統(tǒng)所在磁盤訪問(wèn)時(shí)延的要求較高，尤其在跨域的環(huán)境下，虛擬機(jī)能否進(jìn)行在線存儲(chǔ)遷移還受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的制約，由此也可能造成全系統(tǒng)遷移無(wú)法進(jìn)行。

（2）KVM的塊遷移技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)的在線全系統(tǒng)遷移，但在完成虛擬機(jī)磁盤鏡像的遷移后，進(jìn)行停機(jī)遷移磁盤增量數(shù)據(jù)、虛擬機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存和CPU狀態(tài)等延長(zhǎng)了遷移造成的中斷時(shí)間，在遷移性能上打了折扣。

（3）北京大學(xué)張彬彬等人在《虛擬機(jī)全系統(tǒng)在線遷移》一文中提出的全系統(tǒng)遷移方法雖然在虛擬機(jī)恢復(fù)運(yùn)行上作了很大的改進(jìn)，有效降低了遷移過(guò)程中的停機(jī)時(shí)間，特別是在外存數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)存數(shù)據(jù)的時(shí)候能表現(xiàn)出較佳的性能，但其仍沒(méi)有對(duì)KVM中存在的傳輸方式帶來(lái)的時(shí)延問(wèn)題提供合適的解決方法，而且，由于該方式是邊啟動(dòng)虛擬機(jī)在目的物理機(jī)上的運(yùn)行邊從源物理主機(jī)遷移數(shù)據(jù)，造成某些業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)即存在于源物理主機(jī)又存在于目標(biāo)物理主機(jī)，因此導(dǎo)致對(duì)某些業(yè)務(wù)的響應(yīng)延遲。