CN104699522B - 一种虚拟机动态迁移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种虚拟机动态迁移方法，适用于覆盖网络构建的虚拟主机环境数据集群间迁移，在分层架构之上实现虚拟主机环境数据集群间的迁移。本发明在云平台下能够满足虚拟主机环境迁移需求，同时对虚拟主机环境传输的影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及云计算，特别涉及一种虚拟机动态迁移方法。
背景技术
云计算的低成本、快速部署和灵活调整规模等优势引起了工业界的高度关注，使得云边界从传统计算网络环境的传统、单一、显性向模糊、泛化、动态转变，从而物理边界逐步向虚拟边界演化。但随着云计算技术的深入发展，计算资源开销的增加和复杂度的增长，使单一云无法适应不断增减变化中的计算资源需求。企业与运营商不再满足拥有单一云，而转向建设多个数据集群以形成混合云或多个运营商中互相租用对方的云计算资源以形成联合云。但是在这种情况下虚拟主机环境迁移这一核心需求却得不到满足，现有的技术仍然基于单一的云环境。这使得数据集群间虚拟主机环境策略迁移成为当前该领域亟待解决的关键问题。
数据集群间迁移时物理网络体系结构发生较大改变，目标主机与源主机不再位于同一个局域网内，确保虚拟主机环境体系结构一致性与网络配置不变性必然需要高额的处理代价。现有的技术方案实现了广域网下的虚拟机迁移，但是却未考虑到虚拟主机环境和网络配置文件迁移的问题，无法对虚拟主机环境进行网络体系结构迁移。
因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种虚拟机动态迁移方法，包括:
1.一种虚拟机动态迁移方法，用于将虚拟主机环境迁移以及虚拟机在数据集群间进行迁移，其特征在于，包括:
1)云平台发出数据集群间迁移请求，网络层根据请求确定待迁移的虚拟机对应的虚拟网络适配卡所在虚拟机即VMID，以及迁移源主机网络地址SIP与目标数据集群迁移代理服务所在网络地址REMOTESERVICEIP；
2)源数据集群的代理服务生成数据集群间迁移请求，使用目标数据集群所提供的公钥签名后发送给目标数据集群；
3)目标数据集群使用私钥验证请求，验证对方身份合法后，分配迁移目标服务器，其网络地址为RDIP，并使用源数据集群所提供的公钥签名后发送给源数据集群；
4)源数据集群与目标数据集群进行密钥协商，协商结果与VMID生成虚拟通道的通信加密密钥Key；
5)源数据集群网络层根据VMID查询虚拟机所包含的待迁移虚拟网络适配卡列表；
6)遍历虚拟网络适配卡列表，对列表中的虚拟网络适配卡NICn，取出对应的虚拟主机环境EIDn；
7)查询该EIDn所对应的物理主机，形成物理主机地址列表，确定受迁移而发生的网络体系结构改变所影响的物理主机；
8)遍历物理主机地址列表，并判断物理主机地址HostIPn是否位于源数据集群，若HostIPn位于源数据集群内，则向该HostIPn发送修改原语，若HostIPn位于目标数据集群内，则目标数据集群内的虚拟通道不再加密传输，发送修改原语；
9)判断该EIDn对应的物理主机地址列表是否已包含RDIP，若不包含，则根据RDIP生成该EIDn的局部路由表，并发送给目标数据集群，由目标数据集群路由给目标服务器；
10)返回步骤6)直到虚拟网络适配卡列表遍历完毕；
11)向RDIP发送虚拟网络适配卡列表对应的虚拟网络适配卡配置列表，提前设置其网络适配卡配置；
12)云平台通过加密通道迁移虚拟机，返回虚拟机迁移结果；
13)若迁移成功，遍历列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送选择原语，通知其保留迁移后的虚拟机目标主机地址，并删除SIP中NICn的网络适配卡配置，同时判断SIP是否包含于迁移后的新HostIP内，若不再包含，则发送通知SIP删除不再使用的局部路由表；
14)若迁移失败，遍历列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送选择原语，将局域路由表回退到迁移开始前的体系结构状态，并删除RDIP中提前为虚拟网络适配卡列表设置的网络适配卡配置，若已向RDIP发送了完整的虚拟主机环境路由表，则发送通知删除。
本发明相比现有技术，具有以下优点:
本发明在云平台下能够满足虚拟主机环境迁移需求，同时对虚拟主机环境传输的影响较小。
附图说明
图1是根据本发明实施例的虚拟机动态迁移方法的流程图。
具体实施方式
下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。
图1是根据本发明实施例的虚拟机动态迁移方法流程图。本发明针对多重云环境下跨虚拟主机环境策略迁移需求，提出适用于覆盖网络构建下的虚拟主机环境数据集群间迁移机制，通过数据集群间虚拟主机环境迁移协议，使得虚拟机在迁移过程中，虚拟主机环境体系结构及其网络配置文件一并得以迁移与自动配置，迁移过程中的集群间虚拟主机环境链接临时通过集群间通道传输，当虚拟机集群依次成功迁移后，虚拟主机环境则完整地迁移至目标数据集群，以实现网络虚拟化下的数据集群间虚拟机集群迁移。
系统架构共分为3层，分别为:负责构建虚拟主机环境与集群间迁移的网络层、负责主机局部路由表和传递虚拟机迁移事件通知的路由层与负责网络通道实现、虚拟接口配置的内核层。
1)内核层：该层位于物理主机内，通过虚拟网络适配卡的前后端驱动机制，截获并路由虚拟接口所发出报文；同时其利用操作系统所提供的路由链机制，为虚拟接口设置QoS等网络接口的配置。
2)路由层：该层也位于物理主机内，维护物理主机的局部路由表，以控制内核层的虚拟接口路由路径。此外也接收由云计算平台设定的虚拟主机环境接口配置表，根据将该表为虚拟接口所设定的网络配置翻译为具体的网络接口控制命令。
3)网络层：扩展了云计算平台的网络管理部分，并与云平台虚拟机管理功能相协同维护虚拟主机环境。网络层维护了全局路由表，该表由用户对虚拟主机环境的设定产生。全局路由表下发给路由层时，针对虚拟主机环境体系结构拆分为局部路由表分别设定不同的物理主机，当虚拟机迁移事件产生时，则根据设定下发新的路由表，迁移虚拟主机环境接口与网络配置文件。同时该层还通过代理服务实现数据集群间虚拟主机环境通信。在虚拟机迁移开始前，该服务向其他数据集群的代理服务发送虚拟机迁移消息，协商虚拟机位于新数据集群的目的主机，并通过虚拟主机环境迁移协议，保证虚拟主机环境在迁移过程中体系结构不变。
在本发明的方法中，由内核层截获虚拟网络适配卡收发的网络报文，然后对报文进行封装，加入虚拟主机环境ID、虚拟机ID识别信息形成封装的TCP帧，将其路由至物理网络内构成虚拟主机环境。
虚拟主机环境通过虚拟主机环境ID划分，虚拟主机环境内以太帧的路由路径则由局部路由表所控制。虚拟网络适配卡加入到虚拟主机环境后，对于单播包直接根据路由表HostIP项，发送给对应虚拟网络适配卡所在的虚拟机。而广播包则通过内核层路由给所有虚拟主机环境内的虚拟网络适配卡。
路由层所维护的局部路由表，由一个3元组构成:虚拟网络适配卡MAC(MAC)、虚拟机所在主机的IP地址(HostIP)和所在域(EID)。路由层通过下列管理原语受到网络层管理与配置:
·ADDNIC:添加表项(EID，MAC，HostIP)；
·REMOVENIC:删除表项(EID，MAC，HostIP)；
·CHANGENIC:修改表项(EID，MAC，HostIP，HostIP')，用于迁移，转移虚拟接口路由目标；
·SELECTNIC:在路由表中选择有效项(EID，MAC，HostIP)，用于生效迁移配置；
·REMOTEADDNIC:添加表项(EID，MAC，RemoteHostIP，Key)，用于数据集群间迁移，这将使得目标物理主机对远程物理主机的通信使用密钥Key加密；
·REMOTECHANGENIC:修改表项(EID，MAC，HostIP，RemoteHostIP'，Key)，用于数据集群间迁移时，修改路由目标。
虚拟化技术支持了不同物理节点上的虚拟机实例动态迁移功能，从而也可实现虚拟机实例在不同数据集群的体系结构迁移。
网络层对虚拟机、虚拟网络适配卡及其虚拟主机环境进行统一的管理与控制，由于虚拟机会主动或被动的改变状态，网络层需要相应地改变网络体系结构。网络层维护了一个数据库，包含其管理对象所对应的数据结构，该数据结构由一个6元组{NIC，EID，HostIP，VMID，MAC，NICCONF}描述了一个虚拟主机环境接口及其属性:
·NIC:虚拟网络适配卡的唯一标识。
·EID:虚拟网络适配卡所在虚拟主机环境，虚拟主机环境内包含多块虚拟网络适配卡，只有位于同一个虚拟主机环境内的虚拟网络适配卡所发送的报文才能允许路由。
·HostIP:虚拟机所在的物理主机IP，内核层依此为依据确定路由的目标主机。
·VMID:虚拟网络适配卡所在的虚拟机，由于有多块虚拟网络适配卡，因此NIC和VMID分开处理，此项以UUID的形式在虚拟机创建开始便得以确定。
·MAC:内核层根据此MAC地址判断报文来源，用以控制报文的路由。该MAC地址在虚拟机创建虚拟接口时便确定。
·NICCONF:对此虚拟网络适配卡的配置，其本身是一个包含各类网络配置命令的列表，包括QoS设定、防火墙设定等。
以下详细描述本发明的数据集群间虚拟主机环境迁移策略。
虚拟主机环境迁移伴随虚拟机迁移进行，数据集群间虚拟主机环境迁移策略如下:
假设源数据集群迁移代理服务所在网络地址为SOURCESERVICEIP，目标数据集群迁移代理服务所在网络地址为REMOTESERVICEIP，且用数据集群间适配服务器的签名公钥已经公开给对方。
1)云平台提出数据集群间迁移请求，网络层根据请求确定待迁移的虚拟机对应VMID以及迁移源主机网络地址SIP与REMOTESERVICEIP；
2)源数据集群的代理服务生成数据集群间迁移请求，使用目标数据集群所提供的公钥签名后发送给目标数据集群；
3)目标数据集群使用私钥验证请求，验证对方身份合法后，分配迁移目标服务器，其网络地址为RDIP，并使用源数据集群所提供的公钥签名后发送给源数据集群；
4)源数据集群与目标数据集群进行密钥协商，协商结果与VMID生成虚拟通道的通信加密密钥Key；
5)源数据集群网络层根据VMID查询虚拟机所包含的待迁移虚拟网络适配卡列表；
6)遍历列表对列表中的虚拟网络适配卡NICn，取出对应的虚拟主机环境EIDn；
7)查询该EIDn所对应的物理主机，形成物理主机地址列表，确定受迁移而发生的网络体系结构改变所影响的物理主机；
8)遍历物理主机地址列表，并判断HostIPn是否位于源数据集群，若HostIPn位于源数据集群内，则向该HostIPn发送原语REMOTECHANGENIC(EIDn，NICnMAC，SIP，RDIP，Key)，若HostIPn位于目标数据集群内，则目标数据集群内的虚拟通道不再需要加密传输，发送原语CHANGENIC(EIDn，NICnMAC，SIP，RDIP)；
9)判断该EIDn对应的物理主机地址列表是否已包含RDIP，若不包含，则根据RDIP生成该EIDn的局部路由表，并发送给目标数据集群，由目标数据集群路由给目标服务器；
10)返回6)直到虚拟网络适配卡列表遍历完毕；
11)向RDIP发送虚拟网络适配卡列表对应的虚拟网络适配卡配置列表，提前设置其网络适配卡配置；
12)云平台通过加密通道迁移虚拟机，虚拟机迁移结果返回至网络层；
13)若迁移成功，遍历列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送原语SELECTNIC(EIDn，NICnMAC，RDIP)，通知其保留迁移后的虚拟机目标主机地址，以维护新的网络体系结构，并删除SIP中NICn的网络适配卡配置，同时判断SIP是否包含于迁移后的新HostIP内，若不再包含，则发送通知SIP删除不再使用的局部路由表；
14)若迁移失败，遍历列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送原语SELECTNIC(EIDn，NICnMAC，SIP)，将局域路由表回退到迁移开始前的体系结构状态，并删除RDIP中提前为虚拟网络适配卡列表设置的网络适配卡配置，在之前若向RDIP发送了完整的虚拟主机环境路由表，则发送通知删除。
该数据集群间迁移方案对一些特定情况做出了更多判断与处理，除了迁移前新纳入物理主机的需要发送全新表项以保证其与虚拟主机环境内其他主机通信以外，还需要对远程连接和本地连接分别处理:对于本地连接，通信无需采用加密方式封装信道，而对于远程连接，则指定加密密钥Key，对封装帧加密。在本发明的实现中，密钥Key通过VMID与数据集群间密钥协商后的密钥生成而来。
综上所述，本发明在云平台下能够满足虚拟主机环境迁移需求，同时对虚拟主机环境传输的影响较小。
显然，本领域的技术人员应该理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (1)
1.一种虚拟机动态迁移方法，用于将虚拟主机环境迁移以及虚拟机在数据集群间进行迁移，其特征在于，包括:
1)云平台发出数据集群间迁移请求，根据请求确定待迁移的虚拟机对应的虚拟网络适配卡所在虚拟机即VMID，以及迁移源主机网络地址SIP与目标数据集群迁移代理服务所在网络地址REMOTESERVICEIP；
2)源数据集群的代理服务生成数据集群间迁移请求，使用目标数据集群所提供的公钥签名后发送给目标数据集群；
3)目标数据集群使用私钥验证请求，验证对方身份合法后，分配迁移目标服务器，其网络地址为RDIP，并使用源数据集群所提供的公钥签名后发送给源数据集群；
4)源数据集群与目标数据集群进行密钥协商，协商结果与VMID生成虚拟通道的通信加密密钥Key；
5)源数据集群网络层根据VMID查询虚拟机所包含的待迁移虚拟网络适配卡列表；
6)遍历虚拟网络适配卡列表，对列表中的虚拟网络适配卡NICn，取出对应的虚拟主机环境EIDn；
7)查询该EIDn所对应的物理主机，形成物理主机地址列表，确定受迁移而发生的网络体系结构改变所影响的物理主机；
8)遍历物理主机地址列表，并判断物理主机地址HostIPn是否位于源数据集群，若HostIPn位于源数据集群内，则向该HostIPn发送修改原语，若HostIPn位于目标数据集群内，则目标数据集群内的虚拟通道不再加密传输，发送修改原语；
9)判断该EIDn对应的物理主机地址列表是否已包含RDIP，若不包含，则根据RDIP生成该EIDn的局部路由表，并发送给目标数据集群，由目标数据集群路由给目标服务器；
10)返回步骤6)直到虚拟网络适配卡列表遍历完毕；
11)向RDIP发送虚拟网络适配卡列表对应的虚拟网络适配卡配置列表，提前设置其网络适配卡配置；
12)云平台通过加密通道迁移虚拟机，返回虚拟机迁移结果；
13)若迁移成功，遍历虚拟网络适配卡列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送选择原语，通知其保留迁移后的虚拟机目标主机地址，并删除网络地址SIP所对应的迁移源主机中的NICn的网络适配卡配置，同时判断SIP是否包含于迁移后的新HostIP内，若不再包含，则删除网络地址SIP所对应的迁移源主机中的不再使用的局部路由表；
14)若迁移失败，遍历虚拟网络适配卡列表，并根据NICn对应的物理主机地址列表依次发送选择原语，将局域路由表回退到迁移开始前的体系结构状态，并删除网络地址RDIP所对应的迁移目标服务器中提前为虚拟网络适配卡列表设置的网络适配卡配置，若已向RDIP发送了完整的虚拟主机环境路由表，则发送通知删除。
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