[發明專利]一種基于硬件加速的虛擬機在線遷移方法

有效

• 申請號: 202010398980.0
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111580933B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 師斌;張載;鄭慶華;董博;張發;高宇達
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種基于硬件加速的虛擬機在線遷移方法，該方法包括：首先，分析不同負載對不同遷移模型的性能影響，利用得到的結論提出了對遷移性能進行優化的兩個基本策略，即針對不同的負載使用不同的遷移模型的策略和負載感知的預拷貝遷移策略，在此之上提出了一套完整的高效的、能根據工作集負載類型自適應地選擇有利的遷移模型的虛擬機遷移方法；其次，提出了在負載分析中使用硬件虛擬化擴展功能進行加速，實現更高效的內存寫入訪問序列跟蹤；再次，提出了開銷和性能更優的CLOCK+算法來預測內存寫入工作集。本發明通過準確地感知并識別上層負載的工作集信息，并根據工作集負載類型，自適應地選擇有利的遷移模型，從而盡可能地減少遷移中性能影響。

技術領域

本發明屬于數據中心管理領域，特別涉及一種基于硬件加速的虛擬機在線遷移方法。

背景技術

虛擬機遷移技術主要指將虛擬機及其運行狀態從一臺計算節點傳輸到另一臺計算節點，保證虛擬機在源計算節點因故障或維護而停機時可以在目的端繼續提供服務。虛擬機遷移技術主要包含停機遷移和在線遷移兩種技術，由于虛擬機停機遷移會導致長時間的服務中斷，因此工業界和學術界主要采用虛擬機在線遷移機制。

在虛擬機在線遷移方面，基于預拷貝(pre-copy)的方法是目前是最主流的方案來實現在線遷移。該方法預先復制并傳輸虛擬機運行狀態，并在將所有虛擬機狀態復制并傳輸到目標主機時再切換至目標虛擬機運行。在狀態傳輸過程中，由于原虛擬機還保持運行，所以已經傳輸至目的端的某些數據可能被更新(變臟，get dirty)，從而導致源狀態和目標狀態之間的不一致。因此，該方法記錄所有臟數據并重新傳輸。然而，傳輸臟數據時又將產生新的臟數據，于是該方法將一輪一輪迭代傳輸臟數據直到剩余的臟數據足夠少。最后在臟數據足夠少時，源端虛擬機停止運行并將剩余的臟數據復制到目的端然后在目的端啟動虛擬機。

然而，正因為迭代拷貝需要不斷傳輸上一階段修改過的數據，所以在寫密集型場景下，尤其是寫頁面的速度大于傳輸速度時，會導致臟頁面的數量下降速度很慢甚至上升，使得遷移過程中的迭代傳輸時間過長甚至遷移失敗。因此，如何優化在線遷移效率成為一個重要且具有挑戰性的問題。

以下文獻提供了可供參考的優化虛擬機在線遷移效率的技術解決方案：

文獻1.虛擬機在線遷移方法、裝置及系統-201610793779.6

文獻2.虛擬機在線遷移方法與系統-201310571172.X

文獻3.Sahni S,Varma V.A hybrid approach to live migration of virtualmachines[C].2012IEEE International Conference on Cloud Computing in EmergingMarkets(CCEM).IEEE,2012:1-5.

文獻4.Mingsong S,Wenwen R.Improvement on dynamic migration technologyof virtual machine based on Xen[C].Ifost.IEEE,2013,2:124-127.

然而，上述方法存在許多不足之處：

1.以上全部方法，在遷移過程中跟蹤內存歷史訪問時都未采用硬件加速(只有跟蹤內存訪問才能確保遷移過程中源端被修改的數據可以重新傳輸到目的端)，未采用硬件加速將引入大量虛擬機退出事件(VM-exit)，這將為客戶虛擬機帶來了大量開銷。

2.文獻1，文獻2，只采用了預拷貝的方法，一方面將產生更多的無效傳輸和帶寬消耗，另一方面將造成更長遷移時間，影響遷移可靠性。

3.在預拷貝方法中，文獻1，文獻2采用隊列來維護系統訪問熱數據(工作集數據)，一方面這種隊列的運行時維護成本很高，將為客戶虛擬機帶來了大量開銷；另一方面隊列大小固定，無法彈性工作集的大小，限制了優化效果。