CN103064733A

CN103064733A - 云计算虚拟机热迁移技术

Info

Publication number: CN103064733A
Application number: CN2011103198792A
Authority: CN
Inventors: 向艳萍; 余盛季
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明提出了一种自动的、灵活的云计算领域的虚拟机热迁移的方法，该方法能够应对恶劣网络环境、减少系统资源消耗、提高了系统可用性、获取较理想的系统停机时间。该方法的内存迁移方案采用内存页面预拷贝技术，以便达到减少停机时间的目的，它通过中央控制引擎实时监控云计算环境中资源的使用情况，自主地发起热迁移，同时它还实现了在不同类型的虚拟机监控器之间进行热迁移的技术，增加了热迁移的灵活性。

Description

云计算虚拟机热迁移技术

技术领域

本发明专利属于云计算领域，涉及虚拟机的热迁移系统。该技术可以将整个虚拟机的运行状态完整保存下来，还可实现在原有硬件甚至是不同硬件上的快速恢复。整个恢复过程中虚拟机仍旧能够平滑运行，用户不会察觉到任何差异。该发明提出了一种高效率的、低数据量的、灵活自主的新型热迁移技术。

背景技术

在云计算模型中，为了满足用户对共享资源的动态需求，必须对资源进行统一管理以及动态分配。虚拟化技术为云计算模型中的资源管理提供一种有效的解决办法。通过将服务封装在虚拟机中并映射到各台物理服务器上，虚拟化技术能够根据负载的变化进行虚拟机和物理资源的重映射，从而动态地实现整个系统的负载均衡。虚拟机和物理资源的重映射可以借助虚拟机热迁移技术来实现。

传统的热迁移技术面临很多挑战，互联网环境下的迁移面临网络环境复杂，带宽、延时不可预测等问题，恶劣的网络环境使传输大量内存数据变得非常困难；广域网范围内大数据量迁移更是成为系统热迁移的瓶颈；迁移过程本身的安全性有待提高，整个迁移进程通过网络实现，迁移进程控制权和迁移过程中传输的数据都有可能被攻击者获取；内存操作具有复杂性的特点，服务器环境下离散的内存操作可能导致较长的停机时间。同时，目前的大部分虚拟机热迁移都只能在源主机和目的主机共享磁盘存储的情况下进行，给热迁移技术带来了很大的限制。

本发明专利中的基于云计算的热迁移的设计能够较好的解决上述存在的问题。首先虚拟化技术的出现很好地解决了迁移进程对操作环境的依赖性，明确了被迁移进程对于系统状态的依赖性。虚拟化技术中的资源虚拟和系统隔离特性更为整个系统状态的封装与迁移提供了便利。其次，系统内存和外存的迁移都通过内存页面预拷贝技术，在不干扰虚拟机运行的情况下保存虚拟机运行状态，从而达到减少停机时间的目的，提高了系统的可用性。本发明专利实现了一种高效率、低数据量的系统备份热迁移方案。

发明内容

本发明专利针对现有的热迁移技术的资源消耗大，停机时间长等不足，提出了一种新型的云计算领域的虚拟机热迁移的方法。该方法能够根据资源的使用情况，自主地发起迁移，能应对恶劣网络环境下的虚拟机系统迁移、减少系统资源消耗、提高了系统可用性、获取较理想的系统停机时间。为了实现上述目的，本发明专利采用如下技术解决方案：

1.自主地发起热迁移

传统的虚拟机的动态迁移主要是由人手动发起的，而基于云计算的热迁移系统能够实时监控云计算环境中资源的使用情况，自主发起动态迁移。首先，通过系统中的中央控制引擎，对CPU、网络带宽和内存资源的使用情况进行状态监控和热点探查，热点的探查主要基于以下几点：虚拟机的SLA不能被满足，例如不能获得期望的网络带宽；物理服务器对于CPU和带宽的使用率超过预定阀值；物理服务器频繁发生内存换出等。其次，发现热点之后，利用虚拟机动态迁移技术进行资源的重映射，进而消除热点。

2.异构性问题

在云计算环境下，大规模的计算存储资源被整合在一起，这些资源可能由不同的VMM进行管理，而传统的虚拟机的热迁移只能在相同的虚拟机监控器(VMM)间进行，因此不够方便。

本发明专利中的基于云计算的热迁移系统通过提出一套统一的迁移协议和虚拟机状态格式，解决了迁移协议的异构性问题和资源抽象异构性问题，实现了在不同类型的虚拟机监控器问进行虚拟机的动态迁移，能够大大提高动态迁移的灵活性。并且，该系统能够对动态迁移的过程进行实时控制，避免迁移过程占用过多资源，从而保证迁移过程中虚拟机的SLA。

3.内存迁移

在本发明专利中，采用内存页面预拷贝技术，迁移开始之后，源主机VM仍在运行，目的主机VM尚未启动。迁移通过一个循环，将源主机VM的内存数据发送至目的主机VM。循环第一轮发送所有内存页数据，接下来的每一轮循环发送上一轮预拷贝过程中被VM写过的脏页内存dirty pages。直到时机成熟，预拷贝循环结束，进入停机拷贝阶段，源主机被挂起，不再有内存更新。最后一轮循环中的脏页被传输至目的主机VM。采用循环迁移的方式，第n次迁移的对象是第n-1次迁移之后被改变的对象。理论上随着迭代次数的增加需要传输的VM状态逐渐减少，从而在状态足够少的情况下进行停机拷贝，达到减少停机时间(即迁移过程中，源主机、目的主机同时不可用的时间，是衡量虚拟机迁移性能的重要指标)的目的。

附图说明

图1虚拟机内存迁移分阶段示意图

图2虚拟机内存迁移的预迁移阶段示意图

图3自主发起热迁移框架示意图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。

本发明实现的内存迁移方案如图1所示。

图一中详细描述了内存迁移的具体步骤：

步骤1：预迁移阶段。循环迁移虚拟机的内存页面。

步骤2：停机拷贝阶段。源主机和目的主机上的虚拟机都停止运行，并将预迁移阶段遗留的脏页进行拷贝。

步骤3：恢复阶段。在目的主机上恢复虚拟机的运行。

图二中详细描述了预迁移阶段的具体步骤：

步骤1：发送所有内存页数据到目的主机。且该过程中源主机上的虚拟机继续运行。

步骤2：进行n次的循环，且每一轮的循环都发送上一轮循环被VM写过的脏页内存dirtypages。

步骤3：在需要传输的VM状态足够小的情况下，结束预迁移阶段。

图三中详细描述了自主发起热迁移的具体步骤：

步骤1：资源监控模块监控系统中所有的物理服务器，以获取整个系统中物理服务器对于CPU、内存和网络带宽等资源的使用情况。

步骤2：资源控制模块将资源的使用情况提供给迁移管理模块。

步骤3：迁移管理模块迁移管理模块，根据资源的使用情况，找到资源使用的热点，并且最终确定是否发起以及如何发起热迁移操作。

Claims

1.一种云计算领域的虚拟机热迁移方案，其特征在于：

提出了一种自动的、灵活的云计算领域的虚拟机热迁移的方法。该方法能够应对恶劣网络环境、减少系统资源消耗、提高了系统可用性、获取较理想的系统停机时间。

2.如权利要求1所述的内存迁移方案的没计，其特征在于：

采用内存页面预拷贝技术，该技术通过循环拷贝和停机拷贝两个阶段来拷贝内存数据，以达到减少停机时间的目的。

3.如权利要求1所述的中央控制引擎，其特征在于：

中央控制引擎由资源监控模块和迁移控制模块组成。中央控制引擎从整体上掌握云计算平台中物理资源的使用情况，根据预设策略，按需发起虚拟机动态迁移操作，实现平台范围内的负载均衡。

4.如权利要求3所述的资源监控模块，其特征在于：

资源监控模块获取整个系统中物理服务器和虚拟机对于CPU、内存和网络带宽等资源的使用情况，并提供给迁移管理模块。

5.如权利要求3所述的迁移控制模块，其特征在于：

迁移管理模块，根据资源的使用情况，找到资源使用的热点，并且最终确定是否发起以及如何发起热迁移操作。

6.如权利要求5所述的资源使用的热点的确定，其特征在于：

确定是否为资源使用的热点，可基于以下几点：虚拟机不能获得期望的网络带宽；物理服务器对于CPU和带宽的使用率超过预定阀值；物理服务器频繁发生内存换出等。

7.如权利要求1所述的虚拟机迁移的异构性问题，其特征在于：

提出一套统一完整的迁移协议，解决了虚拟机迁移的异构性问题，实现了在不同类型的虚拟机监控器问进行虚拟机的动态迁移。