CN103067425A

CN103067425A - 虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及相关设备

Info

Publication number: CN103067425A
Application number: CN2011103204454A
Authority: CN
Inventors: 张志宏; 周伟; 钱岭; 罗治国; 孙少陵
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN103067425B

Abstract

本发明公开了一种虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及相关设备，用以提升网络和镜像存储服务器的性能，缩短创建虚拟机所消耗的时间。虚拟机创建方法，包括：虚拟机管理器接收用户发起的虚拟机创建请求；确认镜像缓冲池中具有虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据虚拟机创建请求指定的资源需求从由大量的物理机组成的硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机，镜像缓冲池建立在硬件资源池中，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成；将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池转移到目的物理机的虚拟机运行目录下；并命令目的物理机启动虚拟机。

Description

虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及相关设备

技术领域

本发明涉及云计算领域，尤其涉及一种虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及相关设备。

背景技术

IaaS(Infrastructure-as-a-Service，基础构架服务)模式是云计算的典型服务模式，将数据中心的计算资源、网络资源和存储资源通过虚拟化技术进行封装，以虚拟机的形式提供给用户。用户可以通过web(万维网)自服务形式按需申请虚拟机资源。

一个典型的IaaS虚拟机管理系统具有如图1所示的结构，大量的物理机组成了硬件资源池，在每个物理机上运行着虚拟机监控器(VMM)，虚拟机监控器负责管理底层的硬件资源和上层的虚拟机，每个虚拟机监控器可以启动和管理运行在本地物理机上的多个虚拟机；在每个虚拟机中可以安装不同的操作系统(例如Windows、Linux)和应用，虚拟机上的应用犹如运行在真实的物理机上。由于每个虚拟机监控器只能管理本地物理机上的虚拟机，因此在上层需要一个虚拟机管理器，负责调度所有的底层硬件资源，通过每个物理机上的虚拟机监控器，动态创建和管理虚拟机，从而达到虚拟机资源按需供应的目的。

当一个用户通过web自服务形式申请一个虚拟机资源时，现有虚拟机管理系统通过如下步骤动态创建一个虚拟机，如图2所示，包括：

步骤1、虚拟机管理器对用户发起的虚拟机创建请求进行调度，根据虚拟机创建请求指定的CPU、内存和存储等资源需求从硬件资源池中选择部署该虚拟机的目的物理机；

步骤2、虚拟机管理器发送镜像复制命令，将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像存储服务器复制到目的物理机的虚拟机运行目录下；

步骤3、虚拟机管理器向目标物理机发送虚拟机启动命令，命令目标物理机启动虚拟机。

如图2所示，现有虚拟机管理系统进行虚拟机创建过程的3个步骤中，步骤1虚拟机调度一般耗时小于1秒，步骤2虚拟机操作系统镜像复制一般耗时300秒左右，实际耗时与虚拟机操作系统镜像大小有关，步骤3虚拟机启动一般耗时30秒左右。从整个过程可以看出，90％以上的时间消耗在虚拟机操作系统镜像复制的过程中。而且，虚拟机操作系统镜像大小通常在几个G到几十G之间，在虚拟机操作系统镜像复制的过程中会占用大量的网络带宽和存储I/O(输入输出)带宽。

由于虚拟机的申请是通过web自服务形式提供给用户的，而用户申请虚拟机资源的需求具有较大不确定性，当大量用户集中申请虚拟机资源时，一方面会造成网络和镜像存储服务器的性能瓶颈，另一方面用户需要较长的时间等待虚拟机操作系统镜像的复制，严重影响用户体验。

发明内容

本发明实施例提供一种虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及虚拟机管理器，用以提升网络和镜像存储服务器的性能，缩短创建虚拟机所消耗的时间。

本发明实施例提供的虚拟机创建方法，包括：

虚拟机管理器接收用户发起的虚拟机创建请求；

确认镜像缓冲池中具有所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据所述虚拟机创建请求指定的资源需求从由大量的物理机组成的硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机，所述镜像缓冲池建立在所述硬件资源池中，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成；

将所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从所述镜像缓冲池转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下；并

命令所述目的物理机启动虚拟机。

本发明实施例提供的虚拟机管理系统，包括虚拟机管理器、由大量的物理机组成的硬件资源池，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成的镜像缓冲池，所述镜像缓冲池建立在所述硬件资源池中，其中：

所述虚拟机管理器，用于接收用户发起的虚拟机创建请求，确认镜像缓冲池中具有所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据所述虚拟机创建请求指定的资源需求从所述硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机，将所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从所述镜像缓冲池转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下，并命令所述目的物理机启动虚拟机。

本发明实施例提供的虚拟机管理器，包括：

接收单元，用于接收用户发起的虚拟机创建请求；

处理单元，用于确认镜像缓冲池中具有所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据所述虚拟机创建请求指定的资源需求从由大量的物理机组成的硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机，所述镜像缓冲池建立在所述硬件资源池中，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成；

转移单元，用于将所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从所述镜像缓冲池转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下；

命令单元，用于命令所述目的物理机启动虚拟机。

本发明实施例提供了一种虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及虚拟机管理器，在虚拟机管理系统相对空闲时进行虚拟机操作系统镜像的预先复制，在硬件资源池的若干物理机上缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像，组成镜像缓冲池；当需要创建虚拟机时，就不需要进行虚拟机操作系统镜像复制，而只需要将虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池中迁移到目的物理机的虚拟机运行目录下。基于预部署机制，虚拟机创建过程中，耗时较长的虚拟机操作系统镜像复制过程被替换为快速的镜像文件从镜像缓冲池转移到虚拟机运行目录的过程，从而大大缩短了创建虚拟机所消耗的时间；当大量用户集中申请虚拟机资源时，由于仅执行镜像文件从镜像缓冲池到目的物理机的转移，所以能够避免因用户集中申请虚拟机资源造成的网络和镜像存储服务器的性能瓶颈。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中虚拟机管理系统的结构示意图；

图2为现有技术中创建虚拟机的流程图；

图3为本发明实施例中虚拟机创建方法流程图；

图4为本发明实施例中镜像缓冲池的建立方法流程图；

图5为本发明实施例中虚拟机管理系统框图；

图6为本发明实施例中虚拟机管理器的结构框图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及虚拟机管理器，在虚拟机管理系统相对空闲时进行虚拟机操作系统镜像的预先复制，在硬件资源池的若干物理机上缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像，组成镜像缓冲池；当需要创建虚拟机时，就不需要进行虚拟机操作系统镜像复制，而只需要将虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池中迁移到目的物理机的虚拟机运行目录下。基于预部署机制，能够提升网络和镜像存储服务器的性能，并且大大缩短创建虚拟机所消耗的时间。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图3所示，本发明实施例提供的虚拟机创建方法，包括如下步骤：

S301、虚拟机管理器接收用户发起的虚拟机创建请求；

S302、虚拟机管理器判断镜像缓冲池中具有该虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像，如果是，则执行S304，如果否，则执行S303；其中，镜像缓冲池建立在硬件资源池中，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成；

需要说明的是，虚拟机管理器在判断出镜像缓冲池中没有该虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，也可以按照现有技术中的虚拟机创建流程执行，请参见说明书附图2，具体不再赘述；

S303、虚拟机管理器将该虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像添加到镜像缓冲池中；

S304、虚拟机管理器根据该虚拟机创建请求指定的CPU、内存和存储等资源需求从硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机；

S305、虚拟机管理器将该虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池转移到目的物理机的虚拟机运行目录下；

S306、虚拟机管理器命令目的物理机启动虚拟机；

具体实施中，虚拟机管理器在目的物理机启动虚拟机之后，一般还向用户返回虚拟机创建完成响应。

为了建立镜像缓冲池，可以在虚拟机管理器中实现一个用于镜像预取的后台进程，本申请文件中可以称为镜像预取模块(或称为镜像预取进程)，周期性的实现虚拟机操作系统镜像的预取缓存调度，虚拟机管理器中的镜像预取模块由一个定时器控制，周期性的将其从睡眠状态唤醒，镜像缓冲池的建立方法，如图4所示，包括如下步骤：

S401、镜像预取模块被定时器唤醒；

S402、镜像预取模块判断虚拟机管理器当前是否正在向虚拟机创建请求提供服务，即虚拟机管理器是否空闲，如果是，则执行S403，如果否，则执行S406；

S403、镜像预取模块判断镜像缓冲池是否已满，如果否，则执行S404，如果是，则执行S406；

S404、镜像预取模块选取一个虚拟机操作系统镜像的缓存数量小于其预设的缓存数量上限值的类型(本申请文件中，选取的虚拟机操作系统镜像的类型可以用imageN表示)；

S405、镜像预取模块针对imageN类型的虚拟机操作系统镜像执行镜像预取操作，即选取一个空闲物理机(本申请文件中，选取的空闲物理机可以用M表示)，将imageN类型的虚拟机操作系统镜像从镜像存储服务器复制到空闲物理机M的镜像缓存目录下，返回执行步骤S402；

S406、镜像预取模块重新进入睡眠状态，等待再次被定时器唤醒；

可见，循环执行直至虚拟机管理器向虚拟机创建请求提供服务或者镜像缓冲池已满，则镜像预取模块重新进入睡眠状态。

为了实施本发明，在由大量物理机组成的硬件资源池中建立镜像缓冲池，镜像缓冲池采用分布式网络架构，即在每个物理机上建立一个镜像缓存目录，用于缓存虚拟机操作系统镜像，镜像缓存目录一般设置在运行虚拟机的文件系统中。例如，虚拟机运行目录为vm_images，则镜像缓存目录为vm_caches。虚拟机管理器可以维护一个镜像缓存索引表，记录缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机，镜像缓存索引表的格式请参见表1。

表1

虚拟机操作系统镜像ID	缓存该镜像的物理机ID
		1	2，3，4，5，8，10，13，15
2	1，3，4，8，9，11，12
		…	…

基于镜像缓存索引表，具体实施中，将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池转移到目的物理机的虚拟机运行目录下，具体包括如下步骤：

虚拟机管理器根据虚拟机创建请求指定的类型，查询镜像缓存索引表，确定缓存该类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；并将该类型的虚拟机操作系统镜像从其中一个物理机的镜像缓存目录下转移到目的物理机的虚拟机运行目录下。

较佳的，虚拟机操作系统镜像的缓存数量上限值可以为其日平均访问频率，在此基础上，判断镜像缓冲池是否已满的一种较佳方法，具体包括如下步骤：

判断镜像缓冲池中各个类型的虚拟机操作系统镜像的缓存数量是否均不小于其日平均访问频率；

如果是，则判定镜像缓冲池已满，否则，判定镜像缓冲池未满。

虚拟机管理器可以根据用户申请虚拟机资源的历史记录，确定各虚拟机操作系统镜像的平均日访问频率，即用户针对不同的虚拟机操作系统镜像平均每天发起的请求次数。各虚拟机操作系统镜像的平均日访问频率可以采用一个平均日访问频率表的形式给出，平均日访问频率表的格式请参见表2。

表2

虚拟机操作系统镜像ID	平均日访问频率
		1	30
2	20

…

基于预部署机制，虚拟机创建过程中，耗时较长的虚拟机操作系统镜像复制过程被替换为快速的镜像文件从镜像缓冲池转移到虚拟机运行目录的过程，从而大大缩短了创建虚拟机所消耗的时间当大量用户集中申请虚拟机资源时，由于执行镜像文件从镜像缓冲池到目的物理机的转移，所以能够提升网络和镜像存储服务器的性能。

基于同一技术构思，本发明实施例还提供了一种虚拟机管理系统，由于该虚拟机管理系统解决问题的原理与虚拟机创建方法相似，因此该系统的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图5所示，本发明实施例提供的虚拟机管理系统，包括虚拟机管理器501、由大量的物理机组成的硬件资源池502，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成的镜像缓冲池503，镜像缓冲池503建立在硬件资源池502中，其中：

虚拟机管理器501，用于接收用户发起的虚拟机创建请求，确认镜像缓冲池503中具有虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据虚拟机创建请求指定的资源需求从硬件资源池502中选择部署虚拟机的目的物理机，将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池503转移到目的物理机的虚拟机运行目录下，并命令目的物理机启动虚拟机。

其中，虚拟机管理器的一种可能结构，如图6所示，包括：

接收单元601，用于接收用户发起的虚拟机创建请求；

处理单元602，用于确认镜像缓冲池中具有虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，根据虚拟机创建请求指定的资源需求从由大量的物理机组成的硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机，镜像缓冲池建立在硬件资源池中，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成；

转移单元603，用于将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从镜像缓冲池转移到目的物理机的虚拟机运行目录下；

命令单元604，用于命令目的物理机启动虚拟机。

具体实施中，处理单元602，还用于确认镜像缓冲池中没有虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，在根据虚拟机创建请求指定的资源需求从硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机之前，将该类型的虚拟机操作系统镜像添加到镜像缓冲池中。

具体实施中，虚拟机管理器还包括镜像预取模块和定时器，其中：

镜像预取模块，用于当周期性的从睡眠状态被定时器唤醒之后，如果判定虚拟机管理器当前未向虚拟机创建请求提供服务、且镜像缓冲池未满，则选取一个虚拟机操作系统镜像的缓存数量小于其预设的缓存数量上限值的类型、以及选取一个空闲物理机，并将该类型的虚拟机操作系统镜像从镜像存储服务器复制到空闲物理机的镜像缓存目录下，循环执行直至虚拟机管理器向虚拟机创建请求提供服务或者镜像缓冲池已满，则重新进入睡眠状态。

具体实施中，转移单元603的一种可能结构，具体包括：

维护子单元，用于维护一个镜像缓存索引表，记录缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；

查询子单元，用于根据虚拟机创建请求指定的类型，查询镜像缓存索引表，确定缓存该类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；

转移子单元，用于将该类型的虚拟机操作系统镜像从其中一个物理机的镜像缓存目录下转移到目的物理机的虚拟机运行目录下。

本发明实施例提供的虚拟机创建方法、虚拟机管理系统及相关设备，基于分布式缓存和镜像预取的预部署机制实现，大大缩短了创建虚拟机所消耗的时间，从用户层面来看缩短了用户申请虚拟机资源的响应时间，从而提高了IaaS服务质量；

通过分布式缓存方式，在虚拟机管理系统相对空闲时进行虚拟机操作系统镜像的预部署，从而避免了因用户集中申请虚拟机资源造成的网络和镜像存储服务器的性能瓶颈，提高了虚拟机管理系统的调度能力。

本领域的技术人员应该明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例、以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种虚拟机创建方法，其特征在于，包括：

虚拟机管理器接收用户发起的虚拟机创建请求；

命令所述目的物理机启动虚拟机。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述虚拟机管理器确认镜像缓冲池中没有所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，在根据所述虚拟机创建请求指定的资源需求从所述硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机之前，将该类型的虚拟机操作系统镜像添加到所述镜像缓冲池中。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述镜像缓冲池的建立方法，具体包括：

当虚拟机管理器中的镜像预取模块周期性的从睡眠状态被唤醒之后，如果判定所述虚拟机管理器当前未向虚拟机创建请求提供服务、且镜像缓冲池未满，则选取一个虚拟机操作系统镜像的缓存数量小于其预设的缓存数量上限值的类型、以及选取一个空闲物理机，并将该类型的虚拟机操作系统镜像从镜像存储服务器复制到所述空闲物理机的镜像缓存目录下，循环执行直至所述虚拟机管理器向虚拟机创建请求提供服务或者镜像缓冲池已满，则重新进入睡眠状态。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述虚拟机管理器维护一个镜像缓存索引表，记录缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；以及

所述将虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像从所述镜像缓冲池转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下，具体包括：

所述虚拟机管理器根据所述虚拟机创建请求指定的类型，查询镜像缓存索引表，确定缓存该类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；并

将该类型的虚拟机操作系统镜像从其中一个物理机的镜像缓存目录下转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，虚拟机操作系统镜像的缓存数量上限值为其日平均访问频率；以及

判断镜像缓冲池是否已满的方法，具体包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述虚拟机管理器根据用户申请虚拟机资源的历史记录，确定各个虚拟机操作系统镜像的平均日访问频率。

7.一种虚拟机管理系统，其特征在于，包括虚拟机管理器、由大量的物理机组成的硬件资源池，由缓存各个类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机组成的镜像缓冲池，所述镜像缓冲池建立在所述硬件资源池中，其中：

8.一种虚拟机管理器，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收用户发起的虚拟机创建请求；

命令单元，用于命令所述目的物理机启动虚拟机。

9.如权利要求8所述的虚拟机管理器，其特征在于，

所述处理单元，还用于确认镜像缓冲池中没有所述虚拟机创建请求指定类型的虚拟机操作系统镜像时，在根据所述虚拟机创建请求指定的资源需求从所述硬件资源池中选择部署虚拟机的目的物理机之前，将该类型的虚拟机操作系统镜像添加到所述镜像缓冲池中。

10.如权利要求8或9所述的虚拟机管理器，其特征在于，还包括镜像预取模块和定时器，其中：

所述镜像预取模块，用于当周期性的从睡眠状态被定时器唤醒之后，如果判定所述虚拟机管理器当前未向虚拟机创建请求提供服务、且镜像缓冲池未满，则选取一个虚拟机操作系统镜像的缓存数量小于其预设的缓存数量上限值的类型、以及选取一个空闲物理机，并将该类型的虚拟机操作系统镜像从镜像存储服务器复制到所述空闲物理机的镜像缓存目录下，循环执行直至所述虚拟机管理器向虚拟机创建请求提供服务或者镜像缓冲池已满，则重新进入睡眠状态。

11.如权利要求10所述的虚拟机管理器，其特征在于，所述转移单元，具体包括：

查询子单元，用于根据所述虚拟机创建请求指定的类型，查询镜像缓存索引表，确定缓存该类型的虚拟机操作系统镜像的所有物理机；

转移子单元，用于将该类型的虚拟机操作系统镜像从其中一个物理机的镜像缓存目录下转移到所述目的物理机的虚拟机运行目录下。