CN106815067A - 带i/o虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置 - Google Patents

带i/o虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置，所述方法包括：为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。

Description

带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置
技术领域
本发明涉及虚拟机迁移技术，尤其涉及一种带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置。
背景技术
虚拟化是目前正在飞速发展的互联网技术(IT，Internet Technology)云计算前沿技术的基础。通过引入服务器虚拟化，IT系统资源池中的业务应用运行在虚拟服务器(虚拟机)上，可以实现服务器整合，提高资源利用率，降低企业总体拥有成本(TCO，Total Cost of Ownership)；可以提高系统的高可用性(HA，High Availability)，并且能够以更加细腻的粒度更加方便的进行资源的弹性分配和统一调度。图1为采用服务器虚拟化的资源池系统架构图，在一个物理服务器上可加载有多个虚拟机，每个虚拟机都具有自己的应用(APP，Application)、用户操作系统(Guest OS，Guest Operating System)；物理服务器还具有虚拟机监视器Hypervisor/VMM(Hypervisor/Virtual Machine Monitor)以及硬件(Hardware)。
通过虚拟机在线迁移(LM，Live Migration)技术，可以将虚拟机从一台物理服务器(物理机)迁移到另一台物理服务器，当一台物理服务器上的虚拟机全部迁移到其他物理服务器后，可以方便的对其进行检修或升级等维护操作，或者将其关电以达到节能减排的效果。
虚拟机在线迁移的流程参见图2所示，将源虚拟机在共享存储上的磁盘映像，在要迁移到的目标服务器上启动，然后将源虚拟机在迁移开始时间点的内存保存并复制到目标虚拟机中，再将内存复制过程中源虚拟机的内存变化记录并拷贝到目标虚拟机，实现源虚拟机与目标虚拟机的同步后，目标虚拟机接管服务，最后关闭源虚拟机，完成迁移。
传统虚拟化环境的I/O机制采用全模拟(Emulation)的方式，不安装特殊的设备驱动，使用简单但是性能很差。通过安装专用的半虚拟化(Para-virtualization)驱动，例如使用virtio，使得GuestOS和Hypervisor能够共同合作，让模拟更加高效，虚拟化系统的I/O性能能够有较大的提升。全虚拟化与半虚拟化的对比见图3。
然而即使采用了半虚拟化，由于虚拟化层Hypervisor/VMM的存在，虚拟机与底层硬件的数据通信需要Hypervisor干预调度。当有数据到达虚拟机时，Hypervisor需要与所有虚拟机配合，查询并接受相应的数据，带来了额外的系统开销，一方面影响I/O效率，造成I/O性能的恶化，另一方面占用服务器处理资源。
I/O虚拟化通过将虚拟机与外部硬件设备之间的I/O通道虚拟化，在虚拟机建立时由Hypervisor分配虚拟的I/O通道，使得虚拟机与硬件可以直接进行数据通信，虚拟机直接用硬件发送和接收数据，而不需要hypervisor再进行干预处理，使得I/O吞吐量提高，延迟降低，并减少对中央处理器(CPU，Center ProcessUnit)的占用。系统的I/O性能进一步提高，甚至接近虚拟化之前的I/O性能。可以进行I/O虚拟化的硬件主要包括网卡(NIC，Network Interface Card)和存储卡(HBA，Host Bus Adapter)等总线接口(PCI-E，PCI Express)设备。对于一个硬件只服务于一个虚拟机的情况，可以采用直通(Passthrough)技术。Passthrough与半虚拟化的对比见图4。
而对于一个硬件服务于多个虚拟机的情况，可以采用单根I/O虚拟化(SR-IOV，Single Root-I/O Virtualization)。SR-IOV是对Passthrough的扩展，在一个PCI物理网络设备(PF，Physical Function)上虚拟出多个逻辑网络设备(VF，Virtual Function)，每个VF拥有独立的资源，例如发送与接收的缓存队列，Hypervisor可以将一个或多个VF分配给一个虚拟机进行直接访问，授予VM拥有对VF的直接硬件读写权。
通过将PCI-E接口的物理I/O通道分成多个虚拟I/O通道，在系统创建虚拟机时就为其指定专有的一个或多个虚拟通道，各虚拟机的虚拟通道都是独立的互不影响，硬件与各虚拟机之间的数据交互通过各自独立的虚拟通道完成，不再需要Hypervisor的干预与协调，能够极大的提高系统I/O性能。应用SR-IOV的服务器虚拟化架构如图5。
虽然I/O虚拟化的性能很好，接近未虚拟化的原始水平，但是由于Hypervisor将物理设备的硬件资源直接分配给了虚拟机，不再进行屏蔽，在虚拟机进行在线迁移时，现有机制无法保证目标服务器可以满足迁移虚拟机能够获得与源服务器完全相同的物理资源，从而造成虚拟机在线迁移失败。
在虚拟机进行在线迁移之前，将I/O虚拟化进行卸载，虚拟机不带I/O虚拟化实现迁移，迁移完成后再重新加载I/O虚拟化。这种方法虽然实现了虚拟机的迁移，但是虚拟机在卸载I/O虚拟化时，数据通道会中断，造成对业务的影响。
因此，一般情况下，在需要进行虚拟机在线迁移的应用场景下，不能使用I/O虚拟化，系统的I/O性能受到影响；在需要系统I/O性能最高的应用场景，无法实现动态的虚拟机在线迁移。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法、装置。
本发明实施例提供的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，包括：
为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；
将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；
对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；
当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，所述将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定后，所述方法还包括：
将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
本发明实施例中，所述方法还包括：
当所述虚拟机在线迁移之前，利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，所述卸载所述I/O虚拟化网卡后，所述方法还包括：
将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。
本发明实施例中，所述恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定后，所述方法还包括：
将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
本发明实施例提供的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，包括：
分配单元，用于为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；
绑定单元，用于将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；
卸载单元，用于对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；
加载单元，用于当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，所述装置还包括：第一设置单元，用于在将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
本发明实施例中，所述装置还包括：控制单元，用于当所述虚拟机在线迁移之前，利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，所述装置还包括：第二设置单元，用于在卸载所述I/O虚拟化网卡后，将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。
本发明实施例中，所述装置还包括：第三设置单元，用于在恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
本发明实施例的技术方案中，通过将I/O虚拟化与半虚拟化相结合，在虚拟机正常运行时使用I/O虚拟化提高系统性能，在虚拟机在线迁移时暂时卸载I/O虚拟化，使用半虚拟化保证虚拟化迁移过程中I/O数据不中断，在迁移完成后恢复I/O虚拟化，实现了带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移，即保证了系统的高性能，又实现了系统中虚拟机的在线迁移，在不影响业务的前提下可以对资源进行灵活的调度。
附图说明
图1为采用服务器虚拟化的资源池系统架构图；
图2为虚拟机在线迁移流程示意图；
图3为全虚拟化与半虚拟化对比示意图；
图4为半虚拟化与Passthrough对比示意图；
图5为采用SR-IOV的虚拟化架构示意图；
图6为本发明实施例一的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法的流程示意图；
图7为本发明实施例的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置的结构组成示意图；
图8为本发明实施例的为虚拟机分配SR-IOV网卡和virtio网卡的示意图；
图9为本发明实施例二的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。
本发明实施例通过将I/O虚拟化与半虚拟化相结合的方式，实现带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移。
图6为本发明实施例一的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法的流程示意图，如图6所示，所述带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法包括以下步骤：
步骤601：为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡。
本发明实施例中，虚拟机在线迁移是指将虚拟机由源服务器迁移至目标服务器。具体实现时，首先，管理模块在源服务器上启动虚拟机；然后，源服务器的Hypervisor为虚拟机分别分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡。
这里，I/O虚拟化网卡可以是SR-IOV网卡；I/O半虚拟化网卡可以是virtio网卡。
步骤602：将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定。
本发明实施例中，源服务器的Hypervisor将I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡进行绑定，其中，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活(active)模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用(standby)模式。具体实现时，将SR-IOV网卡设置为active模式，将virtio网卡设置为standby模式。
然后，虚拟机利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。具体实现时，虚拟机利用SR-IOV网卡开始处理I/O数据。
步骤603：对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，管理模块触发虚拟机在线迁移，向源服务器发起迁移请求。
所述虚拟机进行在线迁移时，源服务器的Hypervisor卸载待迁移虚拟机的SR-IOV网卡，卸载时虚拟机需要处理完该网卡缓存中的数据。
本发明实施例中，卸载所述I/O虚拟化网卡后，将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理。具体实现时，虚拟机的virtio网卡转为active模式，开始处理I/O数据。
步骤604：当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
本发明实施例中，当所述虚拟机迁移完成后，管理模块向目的服务器发送创建网卡请求。目的服务器的Hypervisor为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
具体实现时，目的服务器的Hypervisor为刚迁移来的虚拟机创建SR-IOV网卡，并与virtio网卡进行绑定，将SR-IOV网卡设置为active模式，将virtio网卡改为standby模式。最后，虚拟机的SR-IOV网卡开始处理I/O数据。
本发明实施例中的管理模块需要与Hypervisor配合，负责对虚拟机分别创建I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡并进行绑定，设置两种网卡的主备模式；在虚拟机要进行迁移前卸载I/O虚拟化网卡，在迁移完成后重新创建SI/O虚拟化网卡并与I/O半虚拟化网卡进行绑定，重新设置主备模式。
图7为本发明实施例的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置的结构组成示意图，如图7所示，所述装置包括：
分配单元71，用于为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；
绑定单元72，用于将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；
卸载单元73，用于对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；
加载单元74，用于当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
所述装置还包括：第一设置单元75，用于在将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
所述装置还包括：控制单元76，用于当所述虚拟机在线迁移之前，利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
所述装置还包括：第二设置单元77，用于在卸载所述I/O虚拟化网卡后，将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。
所述装置还包括：第三设置单元78，用于在恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
本领域技术人员应当理解，图7所示的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置中的各单元的实现功能可参照前述带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法的相关描述而理解。图7所示的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置中的各单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
下面以在以太网卡上使用SR-IOV网卡和virtio网卡为例，本发明实施例的技术方案同样适用于存储卡等其他硬件，也同样适用于其他I/O虚拟化(Passthrough)和半虚拟化技术的使用。
参照图8，本发明实施例通过为虚拟机分配SR-IOV网卡和virtio网卡，并进行绑定，在虚拟机正常运行时使用SR-IOV网卡以保证I/O性能，虚拟机在线迁移时卸载SR-IOV网卡，使用virtio网卡保证I/O不中断，迁移完成后为虚拟机重新加载SR-IOV网卡并恢复进行绑定，从而实现了带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移。
图9为本发明实施例二的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法的流程示意图，如图9所示，所述带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法包括以下步骤：
步骤901：管理模块在源服务器上启动虚拟机。
步骤902：源服务器的Hypervisor为虚拟机分别创建SR-IOV网卡和virtio网卡，将两个网卡进行绑定。
其中，SR-IOV网卡为active模式，virtio网卡为standby模式。
步骤903：虚拟机的SR-IOV网卡开始处理I/O数据。
步骤904：管理模块触发虚拟机在线迁移，向源服务器发起迁移请求。
步骤905：源服务器的Hypervisor卸载待迁移虚拟机的SR-IOV网卡。
这里，卸载时虚拟机需要处理完该网卡缓存中的数据。
步骤906：待迁移虚拟机的virtio网卡转为active模式，开始处理数据。
步骤907：开始虚拟机在线迁移流程。
步骤908：虚拟机迁移完毕，管理模块向目的服务器发送创建网卡请求。
步骤909：目的服务器的Hypervisor为刚迁移来的虚拟机创建SR-IOV网卡，并与virtio网卡进行绑定。
这里，将SR-IOV网卡设置为active模式，将virtio网卡改为standby模式。
步骤910：虚拟机的SR-IOV网卡开始处理数据。
这里，virtio网卡转为standby模式。
本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和智能设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个第二处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，其特征在于，该方法包括：
为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；
将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；
对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；
当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
2.根据权利要求1所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，其特征在于，所述将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定后，所述方法还包括：
将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
3.根据权利要求2所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述虚拟机在线迁移之前，利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
4.根据权利要求1所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，其特征在于，所述卸载所述I/O虚拟化网卡后，所述方法还包括：
将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。
5.根据权利要求1至4任一项所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移方法，其特征在于，所述恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定后，所述方法还包括：
将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
6.一种带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，其特征在于，所述装置包括：
分配单元，用于为虚拟机分配I/O虚拟化网卡和I/O半虚拟化网卡；
绑定单元，用于将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定；
卸载单元，用于对所述虚拟机进行在线迁移时，卸载所述I/O虚拟化网卡，利用所述I/O半虚拟化网卡进行I/O数据的处理；
加载单元，用于当所述虚拟机迁移完成后，为所述虚拟机重新加载所述I/O虚拟化网卡，并恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定，利用所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
7.根据权利要求6所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，其特征在于，所述装置还包括：第一设置单元，用于在将所述I/O虚拟化网卡和所述I/O半虚拟化网卡进行绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
8.根据权利要求7所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，其特征在于，所述装置还包括：控制单元，用于当所述虚拟机在线迁移之前，利用处于所述激活模式下的所述I/O虚拟化网卡进行I/O数据的处理。
9.根据权利要求6所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，其特征在于，所述装置还包括：第二设置单元，用于在卸载所述I/O虚拟化网卡后，将所述I/O半虚拟化网卡设置为激活模式。
10.根据权利要求6至9任一项所述的带I/O虚拟化的虚拟机在线迁移装置，其特征在于，所述装置还包括：第三设置单元，用于在恢复所述I/O虚拟化网卡与所述I/O半虚拟化网卡的绑定后，将所述I/O虚拟化网卡设置为激活模式，以及将所述I/O半虚拟化网卡设置为备用模式。
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