CN110058970B - 一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，属于云计算技术领域。针对双虚拟机同处于灾难风险区域的高风险虚拟网抗毁问题，提出对高风险虚拟网进行重构并迁移风险虚拟机的准同步撤离方法。本发明采用后复制迁移技术，根据虚拟机的待迁移数据量和网络资源状态，为双虚拟机配置同步撤离路由和带宽，通过自适应调整撤离带宽，提高网络资源利用率，减少双虚拟机的撤离完成时间，从而最大化高风险虚拟网的撤离完成率。

Description

一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法
技术领域
本发明属于云计算技术领域，具体涉及一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法。
背景技术
虚拟化技术克服了传统互联网基础架构的僵化，使业务提供商能够高效灵活地共享底层物理网络资源，促进了云计算、数据中心、虚拟网等新技术和应用的发展。在网络虚拟化模型下，虚拟网由多个虚拟节点和连接这些虚拟节点的虚拟链路构成。虚拟节点映射于物理节点并以虚拟机的形式存在，其所需物理资源包括CPU、内存、磁盘等。不同虚拟网的虚拟节点可以映射于同一个物理节点，但同一虚拟网的不同虚拟节点只能够映射于不同的物理节点。虚拟链路映射于一条或多条连续的物理链路上并占用一定的带宽资源，为虚拟节点提供业务连接和数据传输服务。
由于虚拟机包含了大量的内存数据和磁盘数据，任一虚拟节点的失效，都将造成虚拟网业务的中断和大量数据的丢失，因此，虚拟网的重构，特别是虚拟机的迁移或撤离是虚拟网抗毁问题的重点。现有的虚拟机在线迁移技术主要包括预复制迁移和后复制迁移。其中，预复制迁移是先迁移后切换，即将原虚拟机的内存、磁盘数据以及不断产生的新数据通过多次迭代传输至目标虚拟机，最后将原虚拟机停机并启动目标虚拟机。该过程传输数据量大，迁移完成时间长。而后复制迁移是先切换后迁移，即原虚拟机先停机，将CPU状态等信息发送至目标虚拟机并启动目标虚拟机，然后将原虚拟机中的内存和磁盘数据迁移至目标虚拟机。该过程停机时间稍长，但传输数据量少，迁移完成时间短。从原虚拟机停机到目标虚拟机启动的时长称为虚拟机迁移宕机时间，影响它的因素较多，包括链路往返时间、网络配置时间等。虚拟机迁移宕机时间在一定范围内具有随机性，无法预知且不可忽略不计。
在大规模灾难风险模型下，风险区中的网络组件将以一定的概率损毁，而双虚拟机均位于风险区的虚拟网比单虚拟机位于风险区的虚拟网具有更高的失效概率。现有的虚拟机迁移技术主要针对单虚拟机的快速迁移问题，其虚拟网的迁移完成时间由单虚拟机的迁移完成时间决定，而双虚拟机均位于风险区的高风险虚拟网迁移完成时间由风险区内最长的虚拟机迁移完成时间决定，如何减少双虚拟机迁移的最终完成时间将是虚拟网灾难生存性的一个重要问题。由于大规模灾难模型下的网络资源状态复杂多变，现有的虚拟机独立迁移技术难以满足具有双虚拟机损毁风险的高风险虚拟网快速迁移的要求，而对双虚拟机进行绝对同步迁移不仅难以有效利用网络资源，也难以实现虚拟网迁移完成时间的最小化，因此，研究并提出一种双虚拟机准同步撤离方法对大规模灾难风险下的虚拟网抗毁具有极其重要的意义。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种对高风险虚拟网进行重构并迁移风险虚拟机的准同步撤离方法，减少双虚拟机的撤离完成时间，最大化高风险虚拟网的撤离完成率的灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法。本发明的技术方案如下：
一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，对有两个虚拟机同时处于灾难风险区的高风险虚拟网进行重构，并采用后复制迁移技术对处于灾难风险区的双虚拟机进行撤离，根据虚拟机的待迁移数据量和网络资源状态，分别为双虚拟机配置同步撤离路由和带宽，并根据网络资源状态自适应调整撤离带宽，实现双虚拟机的准同步撤离，具体步骤为：
101、令当前时刻tc＝0，虚拟机
Figure BDA0002035376780000021
当前已撤离的数据量
Figure BDA0002035376780000022
撤离结束时刻
Figure BDA0002035376780000023
其中，i为虚拟网标识，j为虚拟机标识；
102、如果高风险虚拟网集合
Figure BDA0002035376780000024
对V中的每个高风险虚拟网vi进行重构，并为每个待撤离虚拟机
Figure BDA0002035376780000025
分配撤离路由和同步撤离带宽，跳转到步骤103，否则，跳转到步骤104；
103、将所有重构并分配撤离路由及撤离带宽成功的高风险虚拟网vi移入执行撤离的虚拟网集合E；
104、如果集合
Figure BDA0002035376780000031
将E中所有vi的虚拟机撤离带宽升级至所在路由的可用带宽上限并执行撤离，对E中满足
Figure BDA0002035376780000032
的vi，根据当前的撤离带宽更新相应的
Figure BDA0002035376780000033
其中，tc表示当前时刻，
Figure BDA0002035376780000034
表示vi宕机结束时刻，跳转到步骤105，否则，算法结束；
105、在
Figure BDA0002035376780000035
期间，如果有vi(∈E)宕机结束，令
Figure BDA0002035376780000036
更新vi中
Figure BDA0002035376780000037
的撤离结束时刻
Figure BDA0002035376780000038
跳转到步骤105，否则，跳转到步骤106；
106、令
Figure BDA0002035376780000039
将完成撤离的vi从E中删除并释放其撤离路由及带宽，对E中剩余vi的虚拟机撤离带宽进行优化，跳转到步骤102。
进一步的，所述步骤102对V中每个高风险虚拟网vi进行重构的步骤包括：
1)在灾难风险区域外，为高风险虚拟网vi的风险虚拟机
Figure BDA00020353767800000310
寻找节点资源充足的目标节点进行相关节点映射；
2)采用Dijkstra最短路算法，在灾难风险区域外寻找带宽资源充足的物理通路进行相关虚拟链路映射。
进一步的，所述步骤102为待撤离虚拟机
Figure BDA00020353767800000311
分配撤离路由的步骤包括：
1)将网络中可用带宽资源低于基础带宽门限的链路以及灾难风险区内的链路临时删除，其中，基础带宽门限用于避免因撤离通路上的可用带宽资源过少，而导致虚拟机撤离时间过长；
2)采用Dijkstra最短路算法在剩余网络中为虚拟机
Figure BDA00020353767800000312
计算一条撤离路径。
进一步的，所述步骤102的同步撤离带宽的计算如公式(1)所示：
Figure BDA0002035376780000041
公式(1)中，
Figure BDA0002035376780000042
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure BDA0002035376780000043
Figure BDA0002035376780000044
分别为
Figure BDA0002035376780000045
撤离路径上的最大可用带宽，
Figure BDA0002035376780000046
分别为
Figure BDA0002035376780000047
需撤离的总数据量，
Figure BDA0002035376780000048
分别为
Figure BDA0002035376780000049
在当前时刻已撤离的数据量。
进一步的，所述步骤104与105虚拟网vi的宕机结束时刻计算如公式(2)所示：
Figure BDA00020353767800000410
公式(2)中，
Figure BDA00020353767800000411
为虚拟网vi的宕机结束时刻，
Figure BDA00020353767800000412
为vi中虚拟机
Figure BDA00020353767800000413
的宕机结束时刻。
进一步的，所述步骤104与105中虚拟机
Figure BDA00020353767800000414
撤离结束时刻的计算如公式(3)所示：
Figure BDA00020353767800000415
公式(3)中，第一部分为撤离
Figure BDA00020353767800000416
剩余数据量所需时间，其中，
Figure BDA00020353767800000417
为虚拟机
Figure BDA00020353767800000418
需撤离的总数据量，
Figure BDA00020353767800000419
为
Figure BDA00020353767800000420
当前已经撤离的数据量，
Figure BDA00020353767800000421
为
Figure BDA00020353767800000422
当前的撤离带宽，第二部分tc为当前时刻。
进一步的，所述步骤106对E中剩余vi的虚拟机撤离带宽进行优化的步骤为：
1)当vi中双虚拟机均未完成撤离时，根据公式(4)对虚拟机撤离带宽进行调整：
Figure BDA0002035376780000051
公式(4)中，
Figure BDA0002035376780000052
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure BDA0002035376780000053
Figure BDA0002035376780000054
分别为
Figure BDA0002035376780000055
的现有撤离带宽，
Figure BDA0002035376780000056
分别为
Figure BDA0002035376780000057
需撤离的总数据量，
Figure BDA0002035376780000058
分别为
Figure BDA0002035376780000059
在当前时刻已撤离的数据量；
2)当vi中只有一个虚拟机完成撤离时，将未完成撤离的虚拟机撤离带宽升级至所在撤离路径可用带宽容量上限。
本发明的优点及有益效果如下：
针对双虚拟机同处于灾难风险区域的虚拟网抗毁问题，提出对高风险虚拟网进行重构并迁移风险虚拟机的准同步撤离方法。由于大规模灾难模型下的网络资源状态复杂多变，现有的虚拟机独立迁移技术难以满足具有双虚拟机损毁风险的高风险虚拟网快速迁移的要求，而对双虚拟机进行绝对同步迁移不仅难以有效利用网络资源，也难以实现虚拟网迁移完成时间的最小化。本发明采用后复制迁移技术，根据虚拟机的待迁移数据量和动态变化的网络资源状态，为双虚拟机配置同步撤离路由和带宽，通过自适应调整撤离带宽，提高网络资源利用率，减少双虚拟机的总体撤离完成时间，从而最大化高风险虚拟网的撤离完成率。该方法能够有效提高灾难风险下的虚拟网抗毁能力，显著降低大规模灾难对虚拟网业务应用造成的损失。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例双虚拟机准同步撤离方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
本发明内容所涉及的概念和模型如下：
1.物理网络模型
假设物理网络拓扑为G(N,L)，其中，N为物理节点集合，该集合中的每一个节点均具备一定的计算、存储以及路由功能，L为物理链路集合，该集合中的每一条物理链路均具有一定的传输带宽容量。
2.本发明内容所涉及的其它符号说明如下：
tc：系统当前时刻
V：双风险虚拟机待撤离的虚拟网集合
vi：虚拟网i，vi∈V
Figure BDA0002035376780000061
虚拟网vi中的虚拟机j
Figure BDA0002035376780000062
虚拟机
Figure BDA0002035376780000063
的宕机结束时刻
Figure BDA0002035376780000064
虚拟网vi的宕机结束时刻
Figure BDA0002035376780000065
Figure BDA0002035376780000066
撤离路径上的最大可用带宽
Figure BDA0002035376780000067
虚拟机
Figure BDA0002035376780000068
的撤离带宽
Figure BDA0002035376780000069
虚拟机
Figure BDA00020353767800000610
需撤离的总数据量
Figure BDA00020353767800000611
tc时刻，虚拟机
Figure BDA00020353767800000612
已撤离的数据量
E：执行撤离的虚拟网集合
Figure BDA00020353767800000613
虚拟机
Figure BDA00020353767800000614
的撤离结束时刻
本发明的技术方案说明如下：
1.虚拟网重构方法
步骤1:在灾难风险区域外，为高风险虚拟网vi的风险虚拟机
Figure BDA00020353767800000615
寻找节点资源充足的目标节点进行相关节点映射；
步骤2:采用Dijkstra最短路算法，在灾难风险区域外寻找带宽资源充足的物理通路进行相关虚拟链路映射。
2.虚拟机撤离路由计算方法：
步骤1:将网络中可用带宽资源低于基础带宽门限的链路以及灾难风险区内的链路临时删除，其中，基础带宽门限用于避免因撤离通路上的可用带宽资源过少，而导致虚拟机撤离时间过长；
步骤2:采用Dijkstra最短路算法在剩余网络中为虚拟机
Figure BDA0002035376780000071
计算一条撤离路径。3.虚拟机同步撤离带宽计算公式
同步撤离带宽的计算方法如公式(1)所示：
Figure BDA0002035376780000072
公式(1)中，
Figure BDA0002035376780000073
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure BDA0002035376780000074
Figure BDA0002035376780000075
分别为
Figure BDA0002035376780000076
撤离路径上的最大可用带宽，
Figure BDA0002035376780000077
分别为
Figure BDA0002035376780000078
需撤离的总数据量，
Figure BDA0002035376780000079
分别为
Figure BDA00020353767800000710
在当前时刻已撤离的数据量。
4.虚拟网宕机结束时刻计算公式
宕机结束时刻计算如公式(2)所示：
Figure BDA00020353767800000711
公式(2)中，
Figure BDA00020353767800000712
为虚拟网vi的宕机结束时刻，
Figure BDA00020353767800000713
为vi中虚拟机
Figure BDA00020353767800000714
的宕机结束时刻。
5.虚拟机撤离结束时刻计算公式
虚拟机
Figure BDA00020353767800000715
撤离结束时刻的计算如公式(3)所示：
Figure BDA00020353767800000716
公式(3)中，第一部分为撤离
Figure BDA0002035376780000081
剩余数据量所需时间，其中，
Figure BDA0002035376780000082
为虚拟机
Figure BDA0002035376780000083
需撤离的总数据量，
Figure BDA0002035376780000084
为
Figure BDA0002035376780000085
当前已经撤离的数据量，
Figure BDA0002035376780000086
为
Figure BDA0002035376780000087
当前的撤离带宽，第二部分tc为当前时刻。
6.虚拟机撤离带宽优化方法
1)当vi中双虚拟机均未完成撤离时，根据公式(4)对虚拟机撤离带宽进行调整：
Figure BDA0002035376780000088
公式(4)中，
Figure BDA0002035376780000089
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure BDA00020353767800000810
Figure BDA00020353767800000811
分别为
Figure BDA00020353767800000812
的现有撤离带宽，
Figure BDA00020353767800000813
分别为
Figure BDA00020353767800000814
需撤离的总数据量，
Figure BDA00020353767800000815
分别为
Figure BDA00020353767800000816
在当前时刻已撤离的数据量。
2)当vi中只有一个虚拟机完成撤离时，将未完成撤离的虚拟机撤离带宽升级至所在撤离路径可用带宽容量上限。
一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：初始化tc＝0，
Figure BDA00020353767800000817
步骤2：如果集合
Figure BDA00020353767800000818
对V中的每个vi进行重构，并为每个待撤离虚拟机
Figure BDA00020353767800000819
计算并分配撤离路由，同时根据公式(1)分配同步撤离带宽，跳转到步骤3，否则，跳转到步骤4；
步骤3：将所有重构并分配撤离路由及撤离带宽成功的vi移入集合E；
步骤4：如果集合
Figure BDA00020353767800000820
将E中所有vi的虚拟机撤离带宽升级至所在撤离路由的可用带宽上限并执行撤离，对E中满足
Figure BDA00020353767800000821
的vi，根据公式(3)更新相应的
Figure BDA0002035376780000091
跳转到步骤5，否则，算法结束；
步骤5：在
Figure BDA0002035376780000092
期间，如果有vi(∈E)宕机结束，令
Figure BDA0002035376780000093
根据公式(3)更新vi中
Figure BDA0002035376780000094
的撤离结束时刻
Figure BDA0002035376780000095
跳转到步骤5，否则，跳转到步骤6；步骤6：令
Figure BDA0002035376780000096
将完成撤离的vi从E中删除并释放其撤离路由及带宽，对E中剩余vi的虚拟机撤离带宽进行优化，跳转到步骤2。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，将两个虚拟机同时处于灾难风险区的虚拟网定义为高风险虚拟网，对高风险虚拟网进行重构，并采用后复制迁移技术对处于灾难风险区的双虚拟机进行撤离，根据虚拟机的待迁移数据量和网络资源状态，分别为双虚拟机配置同步撤离路由和带宽，并根据网络资源状态自适应调整撤离带宽，实现双虚拟机的准同步撤离，具体步骤为：
101、令当前时刻tc＝0，虚拟机
Figure FDA0002035376770000011
当前已撤离的数据量
Figure FDA0002035376770000012
撤离结束时刻
Figure FDA0002035376770000013
其中，i为虚拟网标识，j为虚拟机标识；
102、如果高风险虚拟网集合
Figure FDA0002035376770000014
对V中的每个高风险虚拟网vi进行重构，并为每个待撤离虚拟机
Figure FDA0002035376770000015
分配撤离路由和同步撤离带宽，跳转到步骤103，否则，跳转到步骤104；
103、将所有重构并分配撤离路由及撤离带宽成功的高风险虚拟网vi移入执行撤离的虚拟网集合E；
104、如果集合
Figure FDA0002035376770000016
将E中所有vi的虚拟机撤离带宽升级至所在路由的可用带宽上限并执行撤离，对E中满足
Figure FDA0002035376770000017
的vi，根据当前的撤离带宽更新相应的
Figure FDA0002035376770000018
其中，tc表示当前时刻，
Figure FDA0002035376770000019
表示vi宕机结束时刻，跳转到步骤105，否则，算法结束；
105、在
Figure FDA00020353767700000110
期间，如果有vi(∈E)宕机结束，令
Figure FDA00020353767700000111
更新vi中
Figure FDA00020353767700000112
的撤离结束时刻
Figure FDA00020353767700000113
跳转到步骤105，否则，跳转到步骤106；
106、令
Figure FDA00020353767700000114
将完成撤离的vi从E中删除并释放其撤离路由及带宽，对E中剩余vi的虚拟机撤离带宽进行优化，跳转到步骤102。
2.根据权利要求1所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤102对V中每个高风险虚拟网vi进行重构的步骤包括：
1)在灾难风险区域外，为高风险虚拟网vi的风险虚拟机
Figure FDA00020353767700000115
寻找节点资源充足的目标节点进行相关节点映射；
2)采用Dijkstra最短路算法，在灾难风险区域外寻找带宽资源充足的物理通路进行相关虚拟链路映射。
3.根据权利要求1或2所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤102为待撤离虚拟机
Figure FDA0002035376770000021
分配撤离路由的步骤包括：
1)将网络中可用带宽资源低于基础带宽门限的链路以及灾难风险区内的链路临时删除，其中，基础带宽门限用于避免因撤离通路上的可用带宽资源过少，而导致虚拟机撤离时间过长；
2)采用Dijkstra最短路算法在剩余网络中为虚拟机
Figure FDA0002035376770000022
计算一条撤离路径。
4.根据权利要求1或2所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤102的同步撤离带宽的计算如公式(1)所示：
Figure FDA0002035376770000023
公式(1)中，
Figure FDA0002035376770000024
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure FDA0002035376770000025
Figure FDA0002035376770000026
分别为
Figure FDA0002035376770000027
撤离路径上的最大可用带宽，
Figure FDA0002035376770000028
分别为
Figure FDA0002035376770000029
需撤离的总数据量，
Figure FDA00020353767700000210
分别为
Figure FDA00020353767700000211
在当前时刻已撤离的数据量。
5.根据权利要求1或2所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤104与105虚拟网vi的宕机结束时刻计算如公式(2)所示：
Figure FDA00020353767700000212
公式(2)中，
Figure FDA00020353767700000213
为虚拟网vi的宕机结束时刻，
Figure FDA00020353767700000214
为vi中虚拟机
Figure FDA00020353767700000215
的宕机结束时刻。
6.根据权利要求1或2所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤104与105中虚拟机
Figure FDA0002035376770000031
撤离结束时刻的计算如公式(3)所示：
Figure FDA0002035376770000032
公式(3)中，第一部分为撤离
Figure FDA0002035376770000033
剩余数据量所需时间，其中，
Figure FDA0002035376770000034
为虚拟机
Figure FDA0002035376770000035
需撤离的总数据量，
Figure FDA0002035376770000036
为
Figure FDA0002035376770000037
当前已经撤离的数据量，
Figure FDA0002035376770000038
为
Figure FDA0002035376770000039
当前的撤离带宽，第二部分tc为当前时刻。
7.根据权利要求1或2所述的一种灾难风险模型下的双虚拟机准同步撤离方法，其特征在于，所述步骤106对E中剩余vi的虚拟机撤离带宽进行优化的步骤为：
1)当vi中双虚拟机均未完成撤离时，根据公式(4)对虚拟机撤离带宽进行调整：
Figure FDA00020353767700000310
公式(4)中，
Figure FDA00020353767700000311
分别为虚拟网vi处于灾难风险区内的双虚拟机，
Figure FDA00020353767700000312
Figure FDA00020353767700000313
分别为
Figure FDA00020353767700000314
的现有撤离带宽，
Figure FDA00020353767700000315
分别为
Figure FDA00020353767700000316
需撤离的总数据量，
Figure FDA00020353767700000317
分别为
Figure FDA00020353767700000318
在当前时刻已撤离的数据量；
2)当vi中只有一个虚拟机完成撤离时，将未完成撤离的虚拟机撤离带宽升级至所在撤离路径可用带宽容量上限。
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