[發明專利]一種基于虛擬化的高可用系統設計方法

有效

• 申請號: 201410259847.1
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN103996004B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 劉璧怡;宋立偉;何志平;周雄;吳楠
• 申請（專利權）人: 浪潮電子信息產業股份有限公司
• 主分類號: G06F21/55
• 分類號: G06F21/55
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 姜明

1.一種基于虛擬化的高可用系統設計方法，其特征在于，基于虛擬化的高可用技術，實現內核關鍵數據結構的保護策略，依賴于影子頁表管理機制和超調用機制，以及異常處理邏輯保證正確有效執行；通過客戶機獲得內核關鍵數據的地址和域信息，擴展VMCALL異常處理方式，設計超調用機制，客戶機通過超調用機制與宿主機交換數據；客戶機信息通過VMCALL注入到內核后，由VMCALL擴充的調用機制來獲得信息和信息設置，獲得對應的客戶機內核數據結構的影子頁表；并設置對應影子頁表的寫保護權限，擴充缺頁異常處理程序；

所述超調用機制的具體流程為：

首先讀取idtr獲得中斷向量表地址，并計算Ox80對應系統調用中斷門，通過中斷門獲得系統調用處理函數總入口；然后掃描系統調用函數，獲得call指令對應的參數，即系統調用表地址，最后通過VMCALL注入地址信息和域長信息；

所述影子頁表管理機制的具體流程為：

步驟1、通過超調用傳入系統調用表地址addr；

步驟2、讀取客戶機狀態域的CR3頁表寄存器，存入頁表地址base，并讀取客戶機頁表層級lever；

步驟3、根據lever和addr計算addr對應客戶機頁表項的偏移offset,根據base和offset得到頁面項pte；

步驟4、若lever＝1，則通過pte或者客戶機頁gfn，讀取客戶機影子頁的lever層級rlever,并讀取影子頁表頁目錄指針；

步驟5、根據rlever和addr計算偏移量soffset spte；

步驟6、若rlever＝1，則設置spte項寫保護，進而記錄客戶機頁幀，影子頁spte以及主機頁pfn信息，并記錄設置的域長；

步驟7、若rlever＝2且為大頁面，則設置spte項寫保護，進而記錄客戶機頁幀，影子頁spte以及主機頁pfn信息，并記錄設置的域長；否則，rlever非步驟6、步驟7中的情形，對于rlever--，設置base為spte指向的內容，并且返回步驟5進行執行；

步驟8、若lever＝2且為大頁面，則通過pte或者客戶機頁gfn，讀取客戶機影子頁的lever層級rlever,并讀取影子頁表頁目錄指針；進行步驟5到步驟7的執行；

步驟9、lever非步驟4、步驟8中的情形，對于rlever--，則設置base為pte指向內容；并返回步驟3進行執行；

所述基于虛擬化的高可用系統設計方法提出了一種高可用系統，該系統基于虛擬化技術，利用客戶機的降權執行和資源管理手段，對內核關鍵數據結構進行保護。

2.根據權利要求1所述的基于虛擬化的高可用系統設計方法,其特征在于，所述高可用系統為基于客戶機異常處理的高可用系統，其整體系統框架由用戶操作模塊和內核模塊兩類模塊組成，所述內核模塊又包含初始化模塊、可用性處理模塊、注冊庫、異常處理模塊、日志記錄模塊及擴充的KVM異常處理模塊；其中，

1)用戶操作模塊：獲取客戶機的基本信息，提供日志記錄查詢接口，獲取可用性機制信息，提供可用性設置接口；

2)內核模塊部分：包含六個部分：初始化模塊、可用性處理模塊、注冊庫、異常處理模塊、日志記錄模塊以及擴充的KVM異常處理模塊；其中，

a)初始化模塊：通過標準ioctl提供用戶接口，接受用戶傳遞的參數并進行有效性檢查，根據處理參數從注冊庫中找到相關處理機制的初始化函數地址，調用該函數進行初始化處理過程；

b)可用性處理模塊：為了提高客戶機內核高可用而引入的處理邏輯，每一個可用性處理模塊包含三個基本函數：一個是初始化函數,一個為異常處理函數，一個是清理函數；初始化函數在用戶配置客戶機高可用機制后調用，用于初始化客戶機相關信息；異常處理函數用在客戶機發生指定異常時，進行處理的調用函數；清理函數用于用戶撤銷虛擬機的可用性設計后，調用的清理操作；

c)注冊庫：保存各個處理模塊通過register__ava_process()函數注冊模塊的信息；包括初始化函數地址，處理函數地址、名稱、以及描述信息；

d)異常處理模塊：調用處理邏輯的統一入口，根據調用參數從注冊庫中找到相關處理機制的處理函數地址，調用該處理函數進行異常處理化過程；

e)日志記錄模塊：記錄運行過程中的異常發生及處理的信息；

f)擴充的KVM異常處理模塊：擴充的KVM異常處理模塊作為客戶機引起異常退出VMX執行環境的統一出口，根據異常條件執行相關的處理邏輯；擴充的KVM異常處理模塊，用于引入可用性處理模塊后處理邏輯的擴充。