[發明專利]感知復合應用特征與網絡帶寬的虛擬機在線遷移優化方法

有效

• 申請號: 201611231403.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106775949B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 陳寧江;李湘;楊尚林
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種感知復合應用特征與網絡帶寬的虛擬機在線遷優化移方法，屬于軟件技術領域。本發明的方法為：1)感知虛擬機應用特征環境和網絡帶寬環境，收集內存臟頁面數；2)使用灰色預測模型預測內存臟頁面數；3)計算虛擬機的迭代周期的臟頁面率；4)收集網絡帶寬使用情況；5)根據虛擬機中應用所需網絡帶寬，判斷虛擬機是否為網絡密集型虛擬機，然后進行網絡帶寬預留。本發明在面對網絡密集型應用或內存密集應用的虛擬機遷移時，能減少遷移過程中的額外開銷，提高遷移過程中的傳輸效率，有效降低遷移時間。

技術領域

本發明設計一種感知應用特征與網絡環境的虛擬機在線遷移優化方法，尤其設計一種應用特征感知的網絡帶寬預留調整算法，屬于軟件技術領域。

背景技術

隨著虛擬化技術的廣泛應用，虛擬機的動態管理也變得越來越重要，而在線遷移是對虛擬機動態管理的重要手段。在線遷移是一種網絡密集型活動，它要求傳輸幾GB甚至幾十GB的虛擬機內存狀態從源宿主機到目的宿主機。除了占用網絡資源外，在線遷移消耗額外的內存和CPU等物理資源。

目前，傳統的在線遷移方法有pre-copy(預拷貝)、post-copy(后拷貝)和hybridcopy(混合拷貝)在線遷移方法。pre-copy在線遷移是現在主流的虛擬機動態遷移技術，pre-copy分為3個階段：首次拷貝和迭代拷貝、停機拷貝。具體遷移過程見圖1所示。首先，將虛擬機的全部內存拷貝到目的宿主機中，該過程不中斷虛擬機運行，這個階段叫做“首次拷貝”階段；接著，進入“迭代拷貝階段”，把上一拷貝過程中產生的內存臟頁面(上一次被修改過的內存頁面)迭代復制到目的宿主機，該過程也不中斷虛擬機的運行。在每一輪迭代復制結束后需要判斷當前是否符合進入stop-and-coy階段(即停機拷貝階段)的條件。如果滿足則進入第三階段——“停機拷貝”階段，否則繼續進行迭代拷貝。在停機拷貝階段在源宿主機上的虛擬機被暫停運行，然后將剩余的虛擬機內存臟頁面同步到目的宿主機。同時，還把虛擬機系統信息，包括CPU和網絡狀態等，同步到目的端。在傳輸完信息之后，在目的宿主機上的虛擬機會根據傳送過來的虛擬機系統信息恢復系統。與pre-copy在線遷移不同，post-copy在線遷移的內存同步是在虛擬機在目的宿主機上恢復運行之后。Hybridcopy在線遷移是post-copy在線遷移的一個特例。它融合了pre-copy在線遷移方法和post-copy在線遷移方法的特點，在虛擬機系統信息傳送到目的宿主機之前，把最經常訪問的內存頁面子集傳送到目的主機當中。剩下不經常使用的內存頁面會在虛擬機運行需要時在從源宿主機中獲取。

主流的虛擬化平臺(KVM、Xen和VMware等)都支持pre-copy算法進行在線遷移。pre-copy在線遷移方法在商業和學術領域得到了廣泛應用和發展。該方法能夠有效縮短遷移時間和提高遷移性能，但在實際應用中，受迭代收斂性、虛擬機不同應用特征和資源限制的影響，使用pre-copy在線遷移方法遷移網絡密集型和內存密集型虛擬機時遷移性能并不理想。比如，若虛擬機中運行著內存密集型應用，虛擬機的內存不斷被快速修改，且當修改的速度大于內存臟頁面的傳輸速度時，這會造成pre-copy迭代拷貝時間延長，占用物理資源時間也增加，并且難以進入停機拷貝階段，這會嚴重影響其他服務，甚至會導致遷移失敗。在預測虛擬機內存臟頁面方法中都沒有考慮到虛擬機應用特征環境對虛擬機內存臟頁面的影響。目前，pre-copy在線遷移改進方法往往通過刪除重復內存頁面數據和壓縮內存頁面、抑制相似內存頁面產生等方法減少內存臟頁面的數據傳輸，以降低遷移時間和宕機時間。然而上述方法往往會增加大量額外的CPU消耗，同時未考慮到網絡帶寬環境對傳輸內存臟頁面的影響。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有相關成果中未考慮應用特征對內存臟頁面數量影響，同時忽略內存臟頁面數量和網絡帶寬的共同作用以及在網絡密集型或者內存密集型虛擬機遷移場景中迭代周期長、宕機時間增加等遷移性能問題，提供一種感知應用特征與網絡環境的虛擬機在線遷移優化方法，能有效減少網絡資源的競爭，提高網絡傳輸效率，減少遷移時間，達到提供虛擬機遷移性能的目的。