CN103970618B - 基于云计算平台应用无备容灾的技术方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，通过内存粹取技术XML方式恢复虚拟机，可实现当虚拟机系统损坏、故障或虚拟机丢失时，通过调用内存相关映像文件及核心模块来恢复系统文件，恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态；包括如下步骤：1)虚拟机日志信息存储；2)索引；3)内存框架重构；4)仿生恢复。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)能够在没有任何备份的情况下，自动恢复虚拟机系统和虚拟机上的所有数据，提高云计算虚拟机稳定性和安全性；2)减少资源消耗，提高资源利用率；3)减少设备投入和维护人员数量，有效降低成本；4)只需为3分钟—7分钟就可恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态，效率高。

Description

基于云计算平台应用无备容灾的技术方法

技术领域

本发明涉及云计算领域，尤其涉及一种基于云计算平台应用无备容灾的技术方法。

背景技术

随着虚拟化技术的不断成熟，云计算的概念应运而生。按照通用的标准，云计算是基于互联网网络，向多种用户提供的虚拟的，丰富的，按需即取的包括数据存储池、软件下载和维护池、计算能力池、多媒体信息资源池和客户服务池在内的广泛数据和运算处理服务，是基于之前互联网应用服务和整合运算技术基础上发展而来的新一代数据处理和应用服务技术。

在目前的云计算环境中，利用虚拟化技术来实现服务的资源调度和共享已成为主流，所有服务都是以虚拟机作为服务后台。随着服务请求数量的不断增加，各种服务所需要创建的虚拟机也随之增加，虚拟机运行的稳定性成为最重要的研究课题。

为了保证云计算平台上的虚拟机运行安全和数据安全，常见的做法是进行备份。传统备份方式分为：数据备份和系统备份，都是以1:1复制关系方式进行，以保证系统和数据的安全性和完整性。当出现问题时恢复最近备份的某一时间点来恢复原有的系统和数据，保障系统和数据完整性。传统备份缺点是：当数据和系统在备份时，首先会消耗所存放备份数据的磁盘存储资源、消耗大量的计算机硬件资源，而且备份任务是每天或者一段时间内就需要进行一次，长此以往会产生大量的备份数据，占用更多资源，导致设备增加的同时也会消耗大量的电能。

目前，为了保证虚拟机稳定运行，当虚拟机出现故障时，通过虚拟环境快照的备份方法提供了高可用性，诸如VCB或基于SAN备份的虚拟环境备份方法提供了高可用性，并且比传统的基于文件的方法更适合于整合服务器架构。但快照备份方式具有以下缺点：1)只适用于一个特定环境；2)快照备份是分时间段进行，因为有时间间隔从而造成数据不连续；3)随着时间推移，旧的备份文件需要保留，新的文件不断增加，因此需要巨大的存储空间。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，能够在没有备份的情况下自动恢复虚拟机系统和虚拟机上的所有数据，有效提高云计算虚拟机稳定性，减少存储空间及资源浪费，提高资源利用率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，应用内存粹取技术XML方式恢复虚拟机，可实现当虚拟机系统损坏、故障或虚拟机丢失时，通过调用内存相关映像文件及核心模块来恢复系统文件，恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态；包括如下步骤：

1)虚拟机日志信息存储

虚拟机运行过程中，内存池MemoryPool申请分配多个用来满足内存申请请求的内存块，这些内存块是从进程堆中开辟的一个较大的连续内存区域，并把虚拟机日志信息存储到内存块中；

2)索引

针对虚拟机任何操作所形成的数据块和内存块队列建立索引，并将此信息保存到硬盘索引队列当中，当数据发生变化时，与原有的索引信息进行对比，将不同的索引信息进行保存，相同的索引信息不进行任何操作，同时生成内存块索引链表和硬盘索引链表；

3)内存框架重构

根据内存索引链表信息和硬盘索引链表信息，重构原始虚拟机虚拟硬件配置信息，包括CPU、内存、硬盘，逐步恢复虚拟机原始状态；

4)仿生恢复

当虚拟机硬件恢复完成时、通过云计算平台WEB界面上的一键式恢复按钮进行恢复，恢复虚拟机原始应用和原始数据，恢复到宕机前5分钟时的状态。

所述内存块由一个块头结构MemoryBlock和多个内存分配单元组成，所有内存块组成了一个内存块链表，MemoryPool的pBlock是这个链表的头；虚拟机对每个内存块，都可以通过其头部的块头结构MemoryBlock的pNext成员访问紧跟在其后面的那个内存块。

所述内存分配单元大小固定，其中没有分配的自由分配单元的头两个字节记录了紧跟它之后的下一个自由分配单元的编号，通过利用每个自由分配单元的头两个字节，一个MemoryBlock中的所有自由分配单元被链接起来。

所述内存框架重构具体过程如下：

当有新的内存请求到来时，MemoryPool会通过pBlock遍历MemoryBlock链表，直到找到其中还有自由分配单元的内存块，取得其MemoryBlock的nFirst值，即该内存块中第1个可供分配的自由单元的编号，根据这个编号定位到该自由分配单元的起始位置；在返回这个地址前，首先将该位置开始的头两个字节的值赋给本内存块的MemoryBlock的nFirst成员，这样下一次的请求就会用这个编号对应的内存单元来满足，同时将此内存块的MemoryBlock的自由单元个数nFree递减1，然后再将刚才定位到的内存单元的起始位置作为此次内存请求的返回地址返回给调用者；

如果从现有的内存块中找不到一个自由的内存分配单元，MemoryPool就会从进程堆中申请一个内存块，申请完后，首先初始化这个内存块；初始化的操作包括设置MemoryBlock的nSize为所有内存分配单元的大小、nFree为n-1，nFirst为1，初始化后，从MemoryBlock的块头结构的最后一个字节aData位置开始，每隔nUnitSize即自由分配单元大小取其头两个字节，记录其之后的自由分配单元的编号，即自然序号加1，最后将此内存块的第1个分配单元的起始地址aData返回；

当某个虚拟机被分配的单元因为delete需要回收时，该单元将返回给MemoryPool，MemoryPool能够知道该单元的起始地址；这时，MemoryPool开始遍历其所维护的内存块链表，判断该单元的起始地址是否落在某个内存块的地址范围内；如果不在所有内存地址范围内，则这个被回收的单元不属于这个MemoryPool；如果在某个内存块的地址范围内，那么它会将这个刚刚回收的分配单元加到这个内存块的MemoryBlock所维护的自由分配单元链表的头部，同时将其nFree值递增1；

回收后，内存池的操作会继续判断：如果此内存块的所有分配单元都是自由的，那么这个内存块就会从MemoryPool中被移出并作为一个整体返回给进程堆；如果该内存块中还有非自由分配单元，则这个内存块会被移到MemoryPool维护的内存块的头部，下次内存请求到来MemoryPool遍历其内存块链表寻找自由分配单元时，第1次寻找就会找到这个内存块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)能够在没有任何备份的情况下，自动恢复虚拟机系统和虚拟机上的所有数据，有效提高云计算虚拟机稳定性和安全性；

2)减少硬件及系统的资源消耗，提高资源利用率；

3)减少设备及数据中心投入，减少维护人员数量，有效降低成本；

4)只需为3分钟—7分钟就可恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态，效率高。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明流程示意图，本发明基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，应用内存粹取技术XML方式恢复虚拟机，可实现当虚拟机系统损坏、故障或虚拟机丢失时，通过调用内存相关映像文件及核心模块来恢复系统文件，恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态；包括如下步骤：

1)虚拟机日志信息存储

虚拟机运行过程中，内存池MemoryPool申请分配多个用来满足内存申请请求的内存块，这些内存块是从进程堆中开辟的一个较大的连续内存区域，并把虚拟机日志信息存储到内存块中；

2)索引

针对虚拟机任何操作所形成的数据块和内存块队列建立索引，并将此信息保存到硬盘索引队列当中，当数据发生变化时，与原有的索引信息进行对比，将不同的索引信息进行保存，相同的索引信息不进行任何操作，同时生成内存块索引链表和硬盘索引链表；

3)内存框架重构

根据内存索引链表信息和硬盘索引链表信息，重构原始虚拟机虚拟硬件配置信息，包括CPU、内存、硬盘，逐步恢复虚拟机原始状态；

4)仿生恢复

当虚拟机硬件恢复完成时、通过云计算平台WEB界面上的一键式恢复按钮进行恢复，恢复虚拟机原始应用和原始数据，恢复到宕机前5分钟时的状态。

所述内存块由一个块头结构MemoryBlock和多个内存分配单元组成，所有内存块组成了一个内存块链表，MemoryPool的pBlock是这个链表的头；虚拟机对每个内存块，都可以通过其头部的块头结构MemoryBlock的pNext成员访问紧跟在其后面的那个内存块。

所述内存分配单元大小固定，其中没有分配的自由分配单元的头两个字节记录了紧跟它之后的下一个自由分配单元的编号，通过利用每个自由分配单元的头两个字节，一个MemoryBlock中的所有自由分配单元被链接起来。

所述内存框架重构具体过程如下：

当有新的内存请求到来时，MemoryPool会通过pBlock遍历MemoryBlock链表，直到找到其中还有自由分配单元的内存块，取得其MemoryBlock的nFirst值，即该内存块中第1个可供分配的自由单元的编号，根据这个编号定位到该自由分配单元的起始位置；在返回这个地址前，首先将该位置开始的头两个字节的值赋给本内存块的MemoryBlock的nFirst成员，这样下一次的请求就会用这个编号对应的内存单元来满足，同时将此内存块的MemoryBlock的自由单元个数nFree递减1，然后再将刚才定位到的内存单元的起始位置作为此次内存请求的返回地址返回给调用者；

如果从现有的内存块中找不到一个自由的内存分配单元，MemoryPool就会从进程堆中申请一个内存块，申请完后，首先初始化这个内存块；初始化的操作包括设置MemoryBlock的nSize为所有内存分配单元的大小、nFree为n-1，nFirst为1，初始化后，从MemoryBlock的块头结构的最后一个字节aData位置开始，每隔nUnitSize即自由分配单元大小取其头两个字节，记录其之后的自由分配单元的编号，即自然序号加1，最后将此内存块的第1个分配单元的起始地址aData返回；

当某个虚拟机被分配的单元因为delete需要回收时，该单元将返回给MemoryPool，MemoryPool能够知道该单元的起始地址；这时，MemoryPool开始遍历其所维护的内存块链表，判断该单元的起始地址是否落在某个内存块的地址范围内；如果不在所有内存地址范围内，则这个被回收的单元不属于这个MemoryPool；如果在某个内存块的地址范围内，那么它会将这个刚刚回收的分配单元加到这个内存块的MemoryBlock所维护的自由分配单元链表的头部，同时将其nFree值递增1；

回收后，内存池的操作会继续判断：如果此内存块的所有分配单元都是自由的，那么这个内存块就会从MemoryPool中被移出并作为一个整体返回给进程堆；如果该内存块中还有非自由分配单元，则这个内存块会被移到MemoryPool维护的内存块的头部，下次内存请求到来MemoryPool遍历其内存块链表寻找自由分配单元时，第1次寻找就会找到这个内存块。

虚拟机运行过程中，内存池MemoryPool申请分配多个用来满足内存申请请求的内存块，这些内存块是从进程堆中开辟的一个较大的连续内存区域，它由一个块头结构MemoryBlock和多个可供分配的内存单元组成，所有内存块组成了一个内存块链表，MemoryPool的pBlock是这个链表的头。虚拟机对每个内存块，都可以通过其头部的MemoryBlock块头结构的pNext成员访问紧跟在其后面的那个内存块。

内存分配单元大小固定(由MemoryPool的nUnitSize表示)，MemoryBlock块头结构并不维护那些已经分配的单元的信息；相反，它只维护没有分配的自由分配单元的信息。它有两个成员比较重要：nFree和nFirst。nFree记录这个内存块中还有多少个自由分配单元，而nFirst则记录下一个可供分配的单元的编号。每一个自由分配单元的头两个字节(即一个USHORT型值)记录了紧跟它之后的下一个自由分配单元的编号，这样，通过利用每个自由分配单元的头两个字节，一个MemoryBlock中的所有自由分配单元被链接起来。

当有新的内存请求到来时，MemoryPool会通过pBlock遍历MemoryBlock链表，并通过检测MemoryBlock块头结构的nFree成员是否大于0，找到某个还有自由分配单元MemoryBlock所在的内存块。因为所有分配单元大小固定，因此每个分配单元的起始位置都可以通过编号分配单元大小来偏移定位，找到这样的内存块后，取得其MemoryBlock的nFirst值，即为该内存块中第1个可供分配的自由单元的编号，然后根据这个编号定位到该自由分配单元的起始位置，这个位置就是用来满足此次内存申请请求的内存的起始地址。

在返回这个地址前，需要首先将该位置开始的头两个字节的值赋给本内存块的MemoryBlock的nFirst成员，因为这两个字节值记录了其之后的下一个自由分配单元的编号，这样下一次的请求就会用这个编号对应的内存单元来满足，同时将此内存块的MemoryBlock的nFree递减1，然后才将刚才定位到的内存单元的起始位置作为此次内存请求的返回地址返回给调用者。

如果从现有的内存块中找不到一个自由的内存分配单元，MemoryPool就会从进程堆中申请一个内存块，申请完后，并不会立刻将其中的一个分配单元分配出去，而是需要首先初始化这个内存块。初始化的操作包括设置MemoryBlock的nSize为所有内存分配单元的大小、nFree为n-1，nFirst为1。设置nFree为n-1而不是n，是因为此次新内存块就是为了满足一次新的内存请求而申请的，马上就会分配一块自由存储单元出去，如果设为n-1，分配一个自由存储单元后无须再将n递减1；设置nFirst为1的原因也是如此，已经知道nFirst为下一个可以分配的自由存储单元的编号，立即会将编号为0的自由分配单元分配出去。如果设为1，其后也无须修改nFirst的值。

此时，MemoryBlock需要将编号为0的分配单元之后的所有自由分配单元链接起来。如前所述，每个自由分配单元的头两个字节用来存储下一个自由分配单元的编号；另外，因为每个分配单元大小固定，所以可以通过其编号和单元大小(MemoryPool的nUnitSize成员)的乘积作为偏移值进行定位。定位从MemoryBlock的aData位置做地址开始，因为aData属于MemoryBlock块头结构，是MemoryBlock块头结构的最后一个字节，所以实质上，MemoryBlock块头结构的最后一个字节也用做被分配出去的分配单元的一部分。因为整个内存块由MemoryBlock块头结构和整数个分配单元组成，这意味着内存块的最后一个字节会被浪费，这个字节用位于两个内存的最后部分的深黑背景的小块标识。

确定了分配单元的起始位置后，将自由分配单元链接起来的工作就很容易了。即从aData位置开始，每隔nUnitSize大小取其头两个字节，记录其之后的自由分配单元的编号。因为刚开始所有分配单元都是自由的，所以这个编号就是自然序号加1，即位置上紧跟其后的单元的编号。初始化全部完成后，将此内存块的第1个分配单元的起始地址返回，已经知道这个地址就是aData。

当某个虚拟机被分配的单元因为delete需要回收时，该单元并不会返回给进程堆，而是返回给MemoryPool。返回时，MemoryPool能够知道该单元的起始地址。这时，MemoryPool开始遍历其所维护的内存块链表，判断该单元的起始地址是否落在某个内存块的地址范围内。如果不在所有内存地址范围内，则这个被回收的单元不属于这个MemoryPool；如果在某个内存块的地址范围内，那么它会将这个刚刚回收的分配单元加到这个内存块的MemoryBlock所维护的自由分配单元链表的头部，同时将其nFree值递增1。

回收后，考虑到资源的有效利用及后续操作的性能，内存池的操作会继续判断：如果此内存块的所有分配单元都是自由的，那么这个内存块就会从MemoryPool中被移出并作为一个整体返回给进程堆；如果该内存块中还有非自由分配单元，这时不能将此内存块返回给进程堆，但是因为刚刚有一个分配单元返回给了这个内存块，即这个内存块有自由分配单元可供下次分配，因此它会被移到MemoryPool维护的内存块的头部。这样下次的内存请求到来，MemoryPool遍历其内存块链表以寻找自由分配单元时，第1次寻找就会找到这个内存块，这样可以减少MemoryPool的遍历次数。

综上所述，本发明基于云计算平台应用无备容灾的技术方法的工作原理是：虚拟机的每个内存池(MemoryPool)维护一个内存块链表(单链表)，每个内存块由一个维护该内存块信息的块头结构(MemoryBlock)和多个分配单元组成，块头结构MemoryBlock则进一步维护一个该内存块的所有自由分配单元组成的"链表"。这个链表不是通过"指向下一个自由分配单元的指针"链接起来的，而是通过"下一个自由分配单元的编号"链接起来，这个编号值存储在该自由分配单元的头两个字节中。另外，第1个自由分配单元的起始位置并不是MemoryBlock块头结构"后面的"第1个地址位置，而是MemoryBlock块头结构"内部"的最后一个字节aData(也可能不是最后一个，因为考虑到字节对齐的问题)，即分配单元实际上往前面错了一位。又因为MemoryBlock块头结构后面的空间刚好是分配单元的整数倍，这样依次错位下去，内存块的最后一个字节实际没有被利用。这么做的一个原因也是考虑到不同平台的移植问题，因为不同平台的对齐方式可能不尽相同。即当申请MemoryBlock大小内存时，可能会返回比其所有成员大小总和还要大一些的内存。最后的几个字节是为了"补齐"，而使得aData成为第1个分配单元的起始位置，这样在对齐方式不同的各种平台上都可以工作。最后利用链式数据的连续性实现dump的恢复功能。

Claims (3)

1.基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，应用内存粹取技术XML方式恢复虚拟机，可实现当虚拟机系统损坏、故障或虚拟机丢失时，通过调用内存相关映像文件及核心模块来恢复系统文件，恢复到出现问题5分钟之前的虚拟机状态；其特征在于，包括如下步骤：

1)虚拟机日志信息存储

虚拟机运行过程中，内存池MemoryPool申请分配多个用来满足内存申请请求的内存块，这些内存块是从进程堆中开辟的一个较大的连续内存区域，并把虚拟机日志信息存储到内存块中；

2)索引

针对虚拟机任何操作所形成的数据块和内存块队列建立索引，并将此信息保存到硬盘索引队列当中，当数据发生变化时，与原有的索引信息进行对比，将不同的索引信息进行保存，相同的索引信息不进行任何操作，同时生成内存块索引链表和硬盘索引链表；

3)内存框架重构

根据内存索引链表信息和硬盘索引链表信息，重构原始虚拟机虚拟硬件配置信息，包括CPU、内存、硬盘，逐步恢复虚拟机原始状态；

4)仿生恢复

当虚拟机硬件恢复完成时、通过云计算平台WEB界面上的一键式恢复按钮进行恢复，恢复虚拟机原始应用和原始数据，恢复到宕机前5分钟时的状态；

所述内存框架重构具体过程如下：

当有新的内存请求到来时，MemoryPool会通过pBlock遍历MemoryBlock链表，直到找到其中还有自由分配单元的内存块，取得其MemoryBlock的nFirst值，即该内存块中第1个可供分配的自由单元的编号，根据这个编号定位到该自由分配单元的起始位置；在返回这个地址前，首先将该位置开始的头两个字节的值赋给本内存块的MemoryBlock的nFirst成员，这样下一次的请求就会用这个编号对应的内存单元来满足，同时将此内存块的MemoryBlock的自由单元个数nFree递减1，然后再将刚才定位到的内存单元的起始位置作为此次内存请求的返回地址返回给调用者；

如果从现有的内存块中找不到一个自由的内存分配单元，MemoryPool就会从进程堆中申请一个内存块，申请完后，首先初始化这个内存块；初始化的操作包括设置MemoryBlock的nSize为所有内存分配单元的大小、nFree为n-1，nFirst为1，初始化后，从MemoryBlock的块头结构的最后一个字节aData位置开始，每隔nUnitSize即自由分配单元大小取其头两个字节，记录其之后的自由分配单元的编号，即自然序号加1，最后将此内存块的第1个分配单元的起始地址aData返回；

当某个虚拟机被分配的单元因为delete需要回收时，该单元将返回给MemoryPool，MemoryPool能够知道该单元的起始地址；这时，MemoryPool开始遍历其所维护的内存块链表，判断该单元的起始地址是否落在某个内存块的地址范围内；如果不在所有内存地址范围内，则这个被回收的单元不属于这个MemoryPool；如果在某个内存块的地址范围内，那么它会将这个刚刚回收的分配单元加到这个内存块的MemoryBlock所维护的自由分配单元链表的头部，同时将其nFree值递增1；

回收后，内存池的操作会继续判断：如果此内存块的所有分配单元都是自由的，那么这个内存块就会从MemoryPool中被移出并作为一个整体返回给进程堆；如果该内存块中还有非自由分配单元，则这个内存块会被移到MemoryPool维护的内存块的头部，下次内存请求到来MemoryPool遍历其内存块链表寻找自由分配单元时，第1次寻找就会找到这个内存块。

2.根据权利要求1所述的基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，其特征在于，所述内存块由一个块头结构MemoryBlock和多个内存分配单元组成，所有内存块组成了一个内存块链表，MemoryPool的pBlock是这个链表的头；虚拟机对每个内存块，都可以通过其头部的块头结构MemoryBlock的pNext成员访问紧跟在其后面的那个内存块。

3.根据权利要求2所述的基于云计算平台应用无备容灾的技术方法，其特征在于，所述内存分配单元大小固定，其中没有分配的自由分配单元的头两个字节记录了紧跟它之后的下一个自由分配单元的编号，通过利用每个自由分配单元的头两个字节，一个MemoryBlock中的所有自由分配单元被链接起来。