CN111381934B - 一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，属于云计算技术领域。针对风险虚拟机在线迁移过程中可能因迁移通路中断导致迁移失败的问题，提出基于物理链路可靠性的虚拟机迁移通路及带宽配置方法。本发明采用后复制迁移技术，通过设置初始迁移带宽控制虚拟机的最大迁移完成时间，通过为低可靠性迁移通路配置辅助通路最小化虚拟机迁移中断率，通过优先升级低可靠性迁移通路带宽提高低可靠性链路的资源利用率，从而减少低可靠性链路中断时受影响迁移任务的数量。

Description

一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法

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提高虚拟机快速迁移可靠性的方法。

背景技术

网络虚拟化技术的出现解决了传统互联网结构的僵化与低效。通过对网络资源的抽象、汇聚和分配，不同的虚拟网络可以共存于同一底层物理网络，且相互之间工作独立，互不影响。虚拟网的每个虚拟节点以虚拟机的形式分别映射于不同的物理节点上，而虚拟机之间的连通与协同则通过映射于节点间物理链路上的虚拟链路来实现。随着虚拟网应用的大量普及和飞速增长，任何网络组件的失效都可能造成大量虚拟网业务的中断和数据的丢失，因此，虚拟网的生存性问题受到了业界的广泛关注。

虚拟网的生存性可分为虚拟网架构的抗毁和虚拟网业务的抗毁。前者主要采用虚拟节点和虚拟链路的重构和重映射来实现，而后者往往通过虚拟机的在线迁移来完成。特别是在大规模灾难风险模型下，风险区域内的物理网络组件将以一定的概率损毁，尤其是具有较长跨度的物理链路相较于物理节点更容易损毁，这对虚拟机在线迁移的可靠性造成了巨大的挑战。

虚拟机的在线迁移技术主要包括预复制迁移和后复制迁移两类。预复制迁移先将虚拟机的磁盘和内存数据，以及不断产生的内存脏码(发生变化的内存数据)，通过迭代的方式复制到目标节点，最后再发送CPU状态数据并启动目标虚拟机。而后复制迁移是先将CPU状态数据发送至目标节点并启动目标虚拟机，再将内存数据和磁盘数据主动推送到目标节点。显然，预复制迁移在迁移中断时，原虚拟机仍能维持在线业务，但需要传输的数据量大，迁移时间长。而后复制迁移需要传输的数据量小，迁移时间短，但在迁移中断时无法维持在线业务。

目前，针对虚拟机迁移问题的研究主要集中在系统维护、负载均衡、网络节能等方面，而对大规模灾难风险下的虚拟机紧急迁移问题研究较少。因此，针对风险虚拟机快速在线迁移过程中可能因迁移通路中断导致迁移失败的问题，本发明采用后复制迁移技术，设计并提出一种提高虚拟机快速迁移可靠性的方法。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的问题。提出了一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法。本发明的技术方案如下：

一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，其包括以下步骤：

101、将所有风险虚拟机{m_i}放入集合Z，初始化系统时间t_c＝0，每个风险虚拟机m_i的迁移完成数据量迁移结束时刻/>

102、为集合Z中每个虚拟机m_i分配迁移通路及初始迁移带宽，并为其中的低可靠性迁移通路配置辅助迁移通路及辅助迁移带宽，将相关通路及带宽分配成功的m_i移入集合M；

103、如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，执行后复制迁移，过程包括在m_i宕机期间传递CPU状态，宕机结束后传递内存和磁盘数据，其中，在m_i的宕机结束时刻/>更新其迁移完成时刻/>跳转到步骤104，否则，算法结束；

104、在期间，如果有低可靠性物理链路损毁，标记物理链路损毁时刻t_p，令t_c＝t_p，跳转到步骤105，否则，跳转到步骤106；

105、释放已中断迁移通路占用的带宽资源，更新受通路中断影响的m_i对应的迁移结束时刻跳转到步骤107；

106、令将完成迁移的m_i从M中删除并释放相应的迁移带宽资源；

107、如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，跳转到步骤102，否则，跳转到步骤102。

进一步的，所述步骤102为集合Z中每个虚拟机m_i分配迁移通路及初始迁移带宽，并为低可靠性迁移通路配置辅助迁移通路及辅助迁移带宽，具体步骤包括：

1)为待迁移虚拟机m_i寻找满足初始迁移带宽b^o的最短迁移通路，如果找到迁移通路则为其分配初始迁移带宽b^o，跳转到步骤2)，否则，跳转到步骤6)；

2)计算的可靠性/>如果/>将风险区域内的物理链路按照可靠性升序排列放入风险物理链路集合U，令k＝1，其中，R^o为通路可靠性门限，跳到步骤3)，否则，跳到步骤6)；

3)如果k＜K，将集合U中第k条物理链路从网络中临时删除，为m_i寻找满足辅助迁移带宽b^o/2的最短辅助迁移通路，其中，K为m_i的源物理节点度数，跳转到步骤4)，否则，释放迁移带宽，跳转到步骤6)；

4)如果找到辅助通路跳转到步骤5)，否则，释放/>及相应的初始迁移带宽，跳转到步骤6)；

5)计算的可靠性/>如果/>为/>分配b^o/2的辅助迁移带宽，跳转到步骤6)，否则，k＝k+1，跳转到步骤3)；

6)结束。

进一步的，所述步骤2风险虚拟机m_i迁移通路可靠性的计算如公式(1)所示，其中，R_p表示通路p的可靠性，R_l表示p上物理链路l的可靠性；

进一步的，所述步骤103、105中对虚拟机m_i迁移结束时刻的计算如公式(2)所示，其中，/>为m_i需要迁移的总数据量，/>为m_i当前已经迁移的数据量，/>为m_i当前的总迁移带宽，t_c为系统当前时刻；

本发明的优点及有益效果如下：

本发明针对风险虚拟机在线迁移过程中可能因迁移通路中断导致迁移失败的问题，提出基于物理链路可靠性的虚拟机迁移通路及带宽配置方法。本发明的创新点主要包括，通过设置初始迁移带宽控制虚拟机的最大迁移完成时间，通过为低可靠性迁移通路配置辅助通路最小化虚拟机迁移中断率，通过优先升级低可靠性迁移通路带宽提高低可靠性链路的资源利用率，从而减少低可靠性链路中断时受影响迁移任务的数量。该方法能够有效的提高虚拟机迁移的可靠性，保障拟机快速撤离灾难风险区的同时，降低对在线虚拟网业务的影响。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例虚拟机可靠迁移方法流程图。

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_s(N_s,L_s)，其中，N_s为物理网络中所有物理节点组成的集合，物理节点的CPU、内存、磁盘等物理资源被分割给不同的虚拟机使用，完成虚拟网的业务，L_s为物理链路集合，每条物理链路具备一定的带宽资源，为虚拟机之间的通信提供物理带宽资源。

2.虚拟网络模型

假设虚拟网络拓扑为G_v(N_v,L_v)，其中，N_v为虚拟节点集合，虚拟节点以虚拟机的形式存在于物理节点，占用CPU、内存、磁盘等物理资源，能独立完成计算服务，与同一个虚拟网中其他虚拟机一起完成虚拟网的业务，同一个虚拟网的虚拟机不能同时映射于同一个物理节点，L_v为虚拟链路集合，虚拟链路联通相应的虚拟节点，完成虚拟节点之间的通信。

3.本发明内容所涉及的其它符号说明如下：

为m_i的迁移通路

为m_i的辅助迁移通路

R^o：迁移通路可靠性门限

为p_mi的通路可靠性

为/>的通路可靠性

R_l：表示通路p上物理链路l的可靠性

K：为m_i的源物理节点度数

b^o：初始迁移带宽

U：风险物理链路集合

t_p：高风险物理链路损毁的时间

t_c：系统当前时刻

Z：处于灾难区域的风险虚拟机集合

m_i：虚拟机i

虚拟机m_i的宕机结束时刻

m_i的总迁移带宽

虚拟机m_i需迁移的总数据量

t_c时刻，虚拟机m_i已迁移完成的数据量

M：执行迁移的虚拟网集合

虚拟机m_i的迁移结束时刻

本发明的技术方案说明如下：

1.虚拟机迁移通路及迁移带宽的分配方法：

步骤1：为待迁移虚拟机m_i寻找满足初始迁移带宽b^o的最短迁移通路，如果找到迁移通路p_mi，则为其分配初始迁移带宽b^o，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤6；

步骤2：根据公式(1)计算的可靠性/>如果/>将风险区域内的物理链路按照可靠性升序排列放入风险物理链路集合U，令k＝1，其中，R^o为通路可靠性门限，跳到步骤3，否则，跳到步骤6；

步骤3：如果k＜K，将集合U中第k条物理链路从网络中临时删除，为m_i寻找满足辅助迁移带宽b^o/2的最短辅助迁移通路，其中，K为m_i的源物理节点度数，跳转到步骤4，否则，释放迁移带宽，跳转到步骤6；

步骤4：如果找到辅助通路跳转到步骤5，否则，释放/>及相应的初始迁移带宽，跳转到步骤6；

步骤5：根据公式(1)计算的可靠性/>如果/>为/>分配b^o/2的辅助迁移带宽，跳转到步骤6，否则，k＝k+1，跳转到步骤3；

步骤6：结束。

2.迁移路径可靠性计算公式：

虚拟机m_i的迁移通路可靠性计算如公式(1)所示：

公式(1)中，R_p表示通路p的可靠性，R_l表示p上物理链路l的可靠性。

3.虚拟机m_i迁移结束时刻的计算如公式(2)所示：

公式(2)中，为m_i需要迁移的总数据量，/>为m_i当前已经迁移的数据量，/>为m_i当前的总迁移带宽，t_c为系统当前时刻。

一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将所有风险虚拟机{m_i}放入集合Z，初始化系统时间t_c＝0，每个风险虚拟机m_i的迁移完成数据量迁移结束时刻/>

步骤2：为集合Z中每个虚拟机m_i分配迁移通路及初始迁移带宽，并为其中的低可靠性迁移通路配置辅助迁移通路及辅助迁移带宽，将相关通路及带宽分配成功的m_i移入集合M；

步骤3：如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，执行后复制迁移，过程包括在m_i宕机期间传递CPU状态，宕机结束后传递内存和磁盘数据，其中，在m_i的宕机结束时刻/>根据公式(2)更新其迁移完成时刻跳转到步骤4，否则，算法结束；

步骤4：在期间，如果有低可靠性物理链路损毁，标记物理链路损毁时刻t_p，令t_c＝t_p，跳转到步骤5，否则，跳转到步骤6；

步骤5：释放已中断迁移通路占用的带宽资源，根据公式(2)更新受通路中断影响的m_i对应的迁移结束时刻跳转到步骤7；

步骤6：令将完成迁移的m_i从M中删除并释放相应的迁移带宽资源；

步骤7：如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，跳转到步骤2，否则，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 (3)

1.一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、将所有风险虚拟机{m_i}放入集合Z，初始化系统时间t_c＝0，每个风险虚拟机m_i的迁移完成数据量迁移结束时刻/>

102、为集合Z中每个虚拟机m_i分配迁移通路及初始迁移带宽，并为低可靠性迁移通路配置辅助迁移通路及辅助迁移带宽，将相关通路及带宽分配成功的m_i移入集合M；

103、如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，执行后复制迁移，过程包括在m_i宕机期间传递CPU状态，宕机结束后传递内存和磁盘数据，其中，在m_i的宕机结束时刻/>更新其迁移完成时刻/>跳转到步骤104，否则，算法结束；

104、在期间，如果有低可靠性物理链路损毁，标记物理链路损毁时刻t_p，令t_c＝t_p，跳转到步骤105，否则，跳转到步骤106；

105、释放已中断迁移通路占用的带宽资源，更新受通路中断影响的m_i对应的迁移结束时刻跳转到步骤107；

106、令将完成迁移的m_i从M中删除并释放相应的迁移带宽资源；

107、如果集合对M中的每个m_i，升级迁移带宽且优先升级低可靠性迁移带宽至可用带宽上限，跳转到步骤102，否则，跳转到步骤102；

所述步骤102为集合Z中每个虚拟机m_i分配迁移通路及初始迁移带宽，并为低可靠性迁移通路配置辅助迁移通路及辅助迁移带宽，具体步骤包括：

1)为待迁移虚拟机m_i寻找满足初始迁移带宽b^o的最短迁移通路，如果找到迁移通路p_mi，则为其分配初始迁移带宽b^o，跳转到步骤2)，否则，跳转到步骤6)；

2)计算的可靠性/>如果/>将风险区域内的物理链路按照可靠性升序排列放入风险物理链路集合U，令k＝1，其中，R^o为通路可靠性门限，跳到步骤3)，否则，跳到步骤6)；

3)如果k＜K，将集合U中第k条物理链路从网络中临时删除，为m_i寻找满足辅助迁移带宽b^o/2的短路辅助迁移通路，其中，K为m_i的源物理节点度数，跳转到步骤4)，否则，释放迁移带宽，跳转到步骤6)；

4)如果找到辅助通路跳转到步骤5)，否则，释放/>及相应的初始迁移带宽，跳转到步骤6)；

5)计算的可靠性/>如果/>为/>分配b^o/2的辅助迁移带宽，跳转到步骤6)，否则，k＝k+1，跳转到步骤3)；

6)结束。

2.根据权利要求1所述的一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，其特征在于，所述步骤2风险虚拟机m_i迁移通路可靠性的计算如公式(1)所示，其中，R_p表示通路p的可靠性，R_l表示p上物理链路l的可靠性；

3.根据权利要求1所述的一种灾难风险模型下提高虚拟机快速迁移可靠性的方法，其特征在于，所述步骤103、105中对虚拟机m_i迁移结束时刻的计算如公式(2)所示，其中，/>为m_i需要迁移的总数据量，/>为m_i当前已经迁移的数据量，/>为m_i当前的总迁移带宽，t_c为系统当前时刻；