CN105912389B - 基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决混合云之间虚拟机迁移的问题，提出一种基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，该技术基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，在混合云下不同的云平台与不同的迁移应用之间，抽象出一层云数据虚拟化层；该云数据虚拟化层包括基本核心模块以及高级扩展模块，其中基本核心模块用于支持不同云平台之间的通信、获取并且集成数据以及将数据发布给上层服务；高级扩展模块包括虚拟事件处理单元、迁移管理单元、服务级别审计单元、虚机模板管理单元、迁移索引优化单元。

Description

基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统

技术领域

本发明涉及一种基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，属于云计算应用领域。

技术背景

随着云计算的发展，目前很多大中企业已经部署或正在部署自己的私有云，以满足企业的IT需求。私有云虽然可以满足企业的个性化需求，安全性也高，但存在建设成本高、管理维护难、设备利用率低、资源弹性不足等问题。与此同时，随着各大互联网公司、电信运营商大规模部署公有云，并通过互联网向用户提供服务，公有云服务越来越成熟。在具有资源按需租用、业务灵活部署、节省企业成本等优点的同时，安全性、可靠性、业务体验上也有了很大的提高，这样就为企业将IT应用迁移和部署到公有云中创造了客观条件。很多中小企业不用投入大笔资金建设自己的IT设施，通过租用公有云服务同样可以保证企业的业务运营。但对有些企业(尤其是大型企业)来说，出于安全和控制的考虑，不会完全采用公有云来构建自己的IT系统，而是采用混合云策略：租用公有云，把一些非关键、弹性较大的应用迁移到公有云中；建设私有云，用于部署关键的IT应用、存放敏感的企业数据；从而节省私有云的建设和维护成本，平衡企业成本和安全需求，同时在私有云能力不足时，能够快速借用外部公有云的资源，保证业务不因资源不足而中断，提高业务弹性。

然而，混合云不是私有云和公有云的简单加法，无缝融合它们需要解决很多问题，其中最突出的问题就是混合云之间的可移植性(Portability)问题。可移植性是用来衡量在混合云下，一个实体迁移到另一个实体的能力，实体可以是数据、应用以及虚拟机。数据的可移植性可以通过使用相同的通信协议如HTTP,REST等实现。在云环境下，应用的载体通常是虚拟机，因此在本专利中，我们重点关注混合云环境下虚拟机的可移植性问题。如果解决不了这个问题，混合云就不能够做到真正的融合，难以发挥其真正的优势。

目前，解决混合云之间的可移植性主要有两个方法。第一种方法就是采用相同的技术平台实现互操作、可移植。但是这样做的缺点是，需要将目前所有不同的异构云平台上的应用服务以及虚拟机等迁移到同一个平台上，这个过程通常是人工完成，或者依赖于第三方迁移工具，所带来的时间成本和人力成本都比较高。另一种方法是依赖于统一的标准协议，比如通用虚拟化格式(Open Virtualization Format，OVF),云数据管理统一接口(Cloud Data Management Interface，CDMI)，通用云计算接口协议(Open CloudComputing Interface，OCCI)。第二种方法比起第一种方法更加通用，然而在目前情况下，这些标准尚在制定阶段，推广实施难度也比较大，还需要等待相当长的时间让不同的云厂商使用同一标准。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决混合云之间虚拟机迁移的问题，提出一种基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统。

该基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，在混合云下不同的云平台与不同的迁移应用之间，抽象出一层云数据虚拟化层；该云数据虚拟化层包括基本核心模块以及高级扩展模块，其中基本核心模块用于支持不同云平台之间的通信、获取并且集成数据以及将数据发布给上层服务；高级扩展模块包括虚拟事件处理单元、迁移管理单元、服务级别审计单元、虚机模板管理单元、迁移索引优化单元；其中：

虚拟事件处理单元：针对虚拟机迁移请求的复杂请求，虚拟事件处理单元负责将自动生成多个简单的虚拟事件组成复合的虚拟事件，共同完成虚拟机迁移任务；同时负责控制虚拟事件的驱动管理并行发生或者条件触发，优化虚拟事件之间的优化关系；

迁移管理单元：负责迁移的动态管理，包括根据迁移参数的设定、迁移过程的性能监测以及迁移过程中的异常处理；

服务级别审计单元：负责虚拟机源云平台与目标云平台之间的服务级别匹配；

虚机模板管理单元：负责针对常用的迁移请求，建立虚机模板用于管理大量重复数据，减少通信开销以及迁移时间；

迁移索引优化单元：负责将迁移数据切分成固定大小的数据块，针对每一个数据块利用电子签名算法生成一个电子签名作为该数据块的唯一标示，用于数据索引。

进一步地，所述虚拟事件包括迁移条件确定、服务级别审计、迁移参数自动设定、迁移优化以及容错控制事件。

进一步地，不同的云平台之间的服务级别协议各不相同，服务级别审计单元管理多种服务级别审计规则，用户可以指定不同的审计规则，默认规则为最大化保留原有服务级别协议。

进一步地，该虚拟机迁移系统还包括容错控制单元：负责处理迁移过程中产生的各种不同的迁移故障，对于不同的错误进行实时诊断，采用多种容错策略确保迁移正常运行。

本发明的有益效果：

本发明通过云数据虚拟化层，除了能够解决混合云下可移植性的问题，同时也带来了三个优点(1)云数据虚拟化层为上层应用提供一层逻辑上的虚拟数据池，有效减少混合云下的不同云提供商之间的数据移动；(2)提高了混合云平台的通用性以及可扩展性，可以迅速接入新的云平台；(3)极大降低了软件之间的耦合性，减少混合云开发、运营以及维护的成本。运用本方法，我们可以很好的解决混合云下，不同云平台之间虚拟机迁移的问题。

附图说明

图1为本发明实施方式的架构设计图；

图2为软件模块概要设计图；

图3为混合云下虚拟机迁移序列图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出一种基于数据虚拟化技术解决混合云之间可移植性的方法，如图1所示。混合云环境下不同的云服务提供商存在高度的异构性，比如他们部署不同的应用程序，采用不同的通信协议，数据访问方式以及数据存储方式也不相同。我们在不同的混合云之上抽象出新的一层云数据虚拟化层，给混合云用户提供一种允许访问、管理和优化异构基础架构的方法，就好像它们是一种单一、且在逻辑上是统一的资源一样。其思想和资源虚拟化技术类似，都是用于对异构平台的管理。

在本具体实施例中，我们将以混合云下虚拟机迁移的应用，具体说明我们是如何基于数据虚拟化技术的一站式解决异构云平台之间的可移植问题。同时，我们也尚未发现有类似专利或者技术，采用数据虚拟化来解决混合云下虚拟机迁移的问题。

虚拟机迁移技术在传统云计算领域已经得到很好的解决。然而混合云的发展给虚拟机迁移带来新的挑战，即如何在不同的异构平台之间实现不同实体的可移植性。这包括数据的迁移、应用的迁移以及整体虚拟机的迁移。本专利创新性的提出利用云数据虚拟化技术，实现混合云之间的可移植性。具体来讲，云数据虚拟化技术在混合云下不同的云平台与不同的迁移应用之间，抽象出一层云数据虚拟化层，如图1所示。云数据虚拟化层为迁移应用提供一种允许访问以及管理来自不同云平台的数据，就像它们是一种单一、且在逻辑上是统一的资源一样。同时，它降低了混合云迁移应用与不同云平台之间的耦合性，使得本方法更加通用，易于扩展，能够快速高效得接入新的云平台进入混合云。云数据虚拟化层包括基本核心模块以及高级扩展模块。其中基本核心模块，主要是用于支持不同云平台之间的通信、获取并且集成数据以及将数据发布给上层服务。高级扩展模块可以根据不同混合云服务应用的特点进行扩展，开发相应的优化模块插件，方便不同应用的扩展以及个性化需求。实现基本核心模块可以支持一些基本混合云应用服务，如用户管理、计费管理等。本专利将着重介绍我们针对于混合云虚拟机迁移应用开发的高级扩展模块。图2给出了云数据虚拟化层的具体设计模块图，主要包括以下基本核心模块主要包括数据连接、集成以及发布等模块，本发明重点介绍针对于虚拟机迁移应用所开发的高级扩展模块。

(1)虚拟事件处理：针对虚拟机迁移请求等类似的复杂请求，虚拟事件处理将自动生成多个简单的虚拟事件组成复合的虚拟事件，共同完成虚拟机迁移任务。这些虚拟事件包括迁移条件确定、服务级别审计、迁移参数自动设定、迁移优化以及容错控制事件等。虚拟事件处理负责控制虚拟事件的驱动管理如并行发生或者条件触发，优化虚拟事件之间的优化关系。

(2)迁移管理：主要负责迁移的动态管理，包括根据迁移参数的设定、迁移过程的性能监测以及迁移过程中的异常处理。

(3)服务级别审计：主要用于虚拟机源云平台与目标云平台之间的服务级别匹配。不同的云平台之间的服务级别协议也是各不相同，服务级别审计管理多种服务级别审计规则，用户可以指定不同的审计规则，默认规则为最大化保留原有服务级别协议。

(4)虚机模板管理：虚拟机迁移过程中，存在大量的重复数据。系统针对常用的迁移请求，建立虚机模板管理大量重复的数据，减少通信开销以及迁移时间。

(5)迁移索引优化：虚拟机迁移需要传输大量的数据。这些数据将首先被切分成固定大小的数据块，针对每一个数据块利用电子签名算法如MD5，SHA1生成一个电子签名作为该数据块的唯一标示，用于数据索引。利用数据索引技术，可以方便迁移管理，并且可以有效的监测出重复数据，减少数据传输。

(6)容错控制：用于处理迁移过程中产生的各种不同的迁移故障如网络通信障碍、磁盘故障等，对于不同的错误进行实时诊断，采用多种容错策略确保迁移正常运行。

以上扩展模块不仅仅针对于虚拟机迁移，对于应用程序以及数据的迁移也可以应用。我们也可以看到，云数据虚拟化层可以提供很好的扩展性能，可以针对不同的迁移应用扩展不同的性能优化模块，而不依赖于云平台服务商，方便混合云的使用和管理。

接下来，我们通过一个具体的混合云下虚拟机迁移的实例应用，来说明如何实现本专利方法。虚拟机迁移本质上讲其实是数据的迁移，虚拟机的数据分为三类：磁盘、内存以及设备状态。当然在迁移之前，我们还需要检查不同云平台的服务级别协议(ServiceLevel Agreement)，确保虚拟机迁移之后能够享有同样的服务级别。因此，我们需要的访问混合云下不同云平台包括虚拟机和其服务界别两方面的的数据。虚拟机的具体数据如内存大小及类别、CPU数量及类别、网络接口数量及类别、磁盘大小及类别、I/O资源大小、虚拟化技术、备份服务、防火墙设置以及负载均衡设置。服务级别协议包括服务可用性(availability),I/O一致性管理、灾难恢复平均时间、安全级别等。这些数据在异构平台下有着不同的格式以及不同的存储方式，我们设计的云数据虚拟化层将处理这些异构数据，实现数据的集成、转化以及迁移。图3给出了混合云下虚拟机迁移的时间序列图，包括用户、云数据虚拟化层、源云平台1以及目标云平台2四个交互实体。具体步骤如下：

(1)用户通过混合云虚拟机迁移应用程序提交请求将虚拟机VM_src从源云平台1迁移至目标云平台2；

(2)用户请求提交至云数据虚拟化层处理，虚拟事件处理将生成一个VM迁移虚拟事件包含迁移条件确定、服务级别审计、迁移参数自动设定、迁移优化以及容错控制及其触发条件。首先，云数据虚拟化层将请求目前VM_src虚拟机信息，如果信息已经缓存与本地，则不需要向源云平台请求VM_src信息；

(3)云数据虚拟化层获取源平台VM_src信息，生成对应目标云平台VM_target的资源请求信息，并且发送给目标云平台2请求相应资源；目标云平台2从云数据虚拟化层收到虚拟机资源请求，查看是否有足够资源，响应给云数据虚拟化层；

(4)云数据虚拟化层接收目标云平台2回复，如果没有足够资源，则迁移失败，返回给用户，否则向源云数据平台1以及目标数据平台2发送开始迁移。

(5)目标数据平台2创建与VM_src相对应的系统盘和数据空盘，确保目标虚拟机VM_target和VM_src完全一致的路径；接着创建相匹配的网络接口配置；

(6)目标平台2完成迁移前的准备工作，云数据虚拟层设置相关迁移参数，包括迁移的带宽、最大停机时间等，保证虚拟机迁移性能，之后开始正式迁移虚拟机数据。同时，启动容错控制时间，管理迁移过程中可能产生的各种故障如通信障碍、磁盘错误等。

(7)当收到目标云平台2确认迁移完毕消息，云数据虚拟化层发送给混合云应用层，确认虚拟机迁移完毕，源云平台1释放源虚拟机资源。

从以上步骤描述我们可以看出，云数据虚拟化层增强了混合云的可移植性，使得不同的数据、应用程序以及虚拟机可以自由的迁移；同时不依赖于混合云下不同云平台的具体实现，也减少了上层混合云迁移应用开发的复杂性，极大方便了混合云的使用和管理。

Claims (7)

1.一种基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，在混合云下不同的云平台与不同的迁移应用之间，抽象出一层云数据虚拟化层；其特征在于，所述云数据虚拟化层包括基本核心模块以及高级扩展模块，其中基本核心模块用于支持不同云平台之间的通信、获取并且集成数据以及将数据发布给上层服务；高级扩展模块包括虚拟事件处理单元、迁移管理单元、服务级别审计单元、虚机模板管理单元、迁移索引优化单元；其中,

虚拟事件处理单元：针对虚拟机迁移请求的复杂请求，虚拟事件处理单元负责将自动生成多个简单的虚拟事件组成复合的虚拟事件，共同完成虚拟机迁移任务；同时负责控制虚拟事件的驱动管理并行发生或者条件触发，优化虚拟事件之间的优化关系；

迁移管理单元：负责迁移的动态管理，包括根据迁移参数的设定、迁移过程的性能监测以及迁移过程中的异常处理；

服务级别审计单元：负责虚拟机源云平台与目标云平台之间的服务级别匹配；

虚机模板管理单元：负责针对常用的迁移请求，建立虚机模板用于管理大量重复数据，减少通信开销以及迁移时间；

迁移索引优化单元：负责将迁移数据切分成固定大小的数据块，针对每一个数据块利用电子签名算法生成一个电子签名作为该数据块的唯一标示，用于数据索引。

2.如权利要求1所述的基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，其特征在于，进一步地，所述虚拟事件包括迁移条件确定、服务级别审计、迁移参数自动设定、迁移优化以及容错控制事件。

3.如权利要求1或2所述的基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，其特征在于，进一步地，不同的云平台之间的服务级别协议各不相同，服务级别审计单元管理多种服务级别审计规则，用户可以指定不同的审计规则，默认规则为最大化保留原有服务级别协议。

4.如权利要求1或2所述的基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移系统，其特征在于，进一步地，该虚拟机迁移系统还包括容错控制单元：负责处理迁移过程中产生的各种不同的迁移故障，对于不同的错误进行实时诊断，采用多种容错策略确保迁移正常运行。

5.一种基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、用户通过混合云虚拟机迁移系统提交请求将虚拟机VM_src从源云平台迁移至目标云平台；

步骤二、用户请求提交至云数据虚拟化层处理，虚拟事件处理单元生成一个VM迁移虚拟事件；首先，云数据虚拟化层将请求目前VM_src虚拟机信息，如果信息已经缓存与本地，则不需要向源云平台请求VM_src信息；

步骤三、云数据虚拟化层获取源平台VM_src信息，生成对应目标云平台VM_target的资源请求信息，并且发送给目标云平台请求相应资源；目标云平台从云数据虚拟化层收到虚拟机资源请求，查看是否有足够资源，响应给云数据虚拟化层；

步骤四、云数据虚拟化层接收目标云平台回复，如果没有足够资源，则迁移失败，返回给用户，否则向源云平台以及目标平台发送开始迁移；

步骤五、目标云平台创建与VM_src相对应的系统盘和数据空盘，确保目标虚拟机VM_target和VM_src完全一致的路径，接着创建相匹配的网络接口配置；

步骤六、目标云平台完成迁移前的准备工作，云数据虚拟层设置相关迁移参数；

步骤七、当收到目标云平台确认迁移完毕消息，云数据虚拟化层发送给混合云应用层，确认虚拟机迁移完毕。

6.如权利要求5所述的基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移方法，其特征在于，所述的虚拟事件包含迁移条件确定、服务级别审计、迁移参数自动设定、迁移优化以及容错控制及其触发条件。

7.如权利要求5或6所述的基于数据虚拟化实现混合云环境下的虚拟机迁移方法，其特征在于，步骤六的同时启动容错控制时间，管理迁移过程中可能产生的各种故障。