CN112148430A - 一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法，包括以下过程，迁移初始化过程:选择目的虚拟机；硬盘文件迁移过程：根据实际硬盘文件大小进行全虚拟机磁盘空间传输或者选择有数据部分的文件空间进行传输；内存数据迁移过程：缓存源虚拟机内存页，记录内存拷贝过程的脏内存页，获取脏页与缓冲区的内存页的增量数据，拷贝增量数据至目的虚拟机内存中；重复上述过程直到增量数据低于预设的门限等，在不中断网络虚拟功能的虚拟机服务的同时，完成所有虚拟网络功能的数据、文件以及内存的迁移，用户无明显感觉网络中断的情况，体验感得到很好地保障，为业务的网络虚拟化业务的拓展提供了有利的支撑。

Description

一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法
技术领域
本发明涉及互联网网络安全技术领域，具体为一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法。
背景技术
随着虚拟化标准的逐步成熟和完善，网络的快速部署、灵活的调整变成可能，NFV(Network Function Virtualization，网络功能虚拟化)技术应运而生。NFV的相关技术标准定义了传统电信网元向虚拟化云环境迁移的技术实现。在云环境之上，电信网元不再是一个个专有硬件搭载着软件单元，而是通用的VDU(虚拟部署单元)承载着电信业务软件单元，构成虚拟网络功能VNF，由VNF组成网络服务(Network Service，NS)。
NFV使用虚拟化技术，为设计、部署、管理网络服务提供了一种新方法。NFV的主要思想是解耦物理网络设备和运行于它之上的网络功能，意味着1个网络功能(如防火墙)可以当成是普通软件的1个实例。这样就可以合并大量的网络设备到高容量的服务器中。对于1个给定的服务可以分解为多个虚拟网络功能VNFs(Virtual Network Functions)，这些VNF可以用软件实现并运行于通用服务器之上，能够方便地部署于网络的不同地方而不用购置和安装新的硬件。
利用虚拟化技术可以实现高效灵活的资源管理，因此在云平台上得到广泛应用。虚拟机迁移是虚拟化技术的一个重要领域，广泛应用于集群、数据中心和云平台系统中，以及共享硬件与文件系统。虚拟机迁移技术能够确保将正在运行的虚拟机以不中断的方式从当前正在运行的物理主机上迁移到另一台物理主机上，从而实现了云平台上虚拟机的灵活管理，为集群在线维护、资源动态调度、负载均衡系统等操作提供了技术支持。
由于后台主动传输时的传输数据量较大，传输时间较长，因而后台主动传输往往会占用源物理主机和目标物理主机之间较多或全部的带宽。带宽的拥堵将导致目标物理主机收到缺失内存页的时间较长，进而目标物理主机上的虚拟机停机的时间也较长。而衡量虚拟机迁移的关键指标之一就是虚拟机的停机时间，停机时间越长，虚拟机的迁移性能越差。
本发明根据虚拟网络功能的虚拟机的特点，提供的方法可以用来降低虚拟机迁移时的宕机时间以及整个在线迁移过程所花费的时间，特别是对于运行频繁写内存负载的虚拟机很有帮助。对于大型的企业级应用，如SAP、ERP系统，通常都是具有较高的内存写负载的。本发明提供的技术在实际的环境中也是比较有意义的。
发明内容
本发明提供的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法，在迁移过程中虚拟机正常工作不影响虚拟网络的正常功能，将承载网络虚拟功能的虚拟机从一台物理主机迁到另一台物理主机，其处理流程如图1所示：
初始化：在虚拟了网络功能节点的云平台中，选择一台虚拟机，与源虚拟机所在物理机具有相同的配置，如：内存大小，CPU处理速度，磁盘大小等，作为目的虚拟机，优选的，所述目的虚拟机与源虚拟机不在同一物理机节点上。
磁盘文件迁移：承载虚拟化网络功能的空间一般以文件形式存储于虚拟空间中，虚拟系统控制中心根据存储空间实际文件大小与虚拟机整体磁盘空间进行比较，若比例大于预设的门限，则将源虚拟机磁盘文件整体传输至目标虚拟机磁盘空间，优选地，目标虚拟机磁盘空间大于等于源虚拟机磁盘空间；
否则，按文件块的数据内容判断决定是否进行传输，若文件块内容为全零，则舍弃该文件块，读取下一个文件块；优选的，文件块大小由实际传输带宽以及vCPU的性能决定；否则传输所述文件块至目的虚拟机磁盘空间中；
重复上述过程直至最后一个文件块传输至目的虚拟机磁盘空间中，停止更新源虚拟机存储空间的文件。具体流程如图2所示。
内存数据迁移：虚拟系统控制中心在磁盘文件迁移结束后，开始进行内存迁移；开始进行内存迁移前，预设源端虚拟机内存缓冲区的大小，优选的，内存缓冲区大小将根据vCPU的性能以及传输带宽进行设置；然后将源端虚拟机的内存全部拷贝到目的主机上，同时，将源端虚拟机内存拷贝至缓冲区；记录拷贝过程中发生了变化的内存页(脏页)；通过比对源端内存脏页与缓冲区对应的内存页，获取增量数据，优选的，增量数据用异或的方式获取；将增量数据拷贝至目的虚拟机内存中，同时更新缓冲区对应的内存页；目的虚拟机根据增量数据恢复对应的内存页数据；直到将所有脏页全部拷贝至目的虚拟机内存中。其处理流程如图3所示。
之后再重复上述过程，从头开始将第二次拷贝过程中发生了变化的内存页(即脏页)拷贝到目的虚拟机主机上，如此不断迭代，直到源虚拟机中的脏页数据量小于某个预设的门限M，优选的，预设门限根据vCPU的处理速度以及虚拟机之间传输带宽进行选择；将源虚拟机的网络功能服务进行短暂的暂停，使目的虚拟机的内存和源虚拟机的内存完全同步，完成内存迁移。
切换：在源虚拟机网络功能服务暂停之后，启动目的虚拟机相关的网络功能服务，在目的虚拟主机网络服务启动结束后，在虚拟系统中将源虚拟主机服务切换至目的虚拟机主机，切换过程一般都在毫秒级，保证用户在使用过程中基本不受迁移过程的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的方法可以用来降低虚拟机迁移时的宕机时间以及整个在线迁移过程所花费的时间，特别是对于运行频繁写内存负载的虚拟机很有帮助。对于大型的企业级应用，如SAP、ERP系统，通常都是具有较高的内存写负载的。本发明提供的技术在实际的环境中也是比较有意义的。
2.本发明提供的在线安全迁移方法在不中断网络虚拟功能的虚拟机服务的同时，完成所有虚拟网络功能的数据、文件以及内存的迁移，在这个过程中，用户无明显感觉网络中断的情况，体验感得到很好地保障，为业务的网络虚拟化业务的拓展提供了有利的支撑。
附图说明
图1为虚拟机在线安全迁移流程示意图；
图2为磁盘文件迁移流程示意图；
图3内存数据迁移流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法，在迁移过程中虚拟机正常工作不影响虚拟网络的正常功能，将承载网络虚拟功能的虚拟机从一台物理主机迁到另一台物理主机，其处理流程如图1所示：
初始化：在虚拟了网络功能节点的云平台中，选择一台虚拟机，与源虚拟机所在物理机具有相同的配置，如：内存大小，CPU处理速度，磁盘大小等，作为目的虚拟机，优选的，所述目的虚拟机与源虚拟机不在同一物理机节点上。
磁盘文件迁移：承载虚拟化网络功能的空间一般以文件形式存储于虚拟空间中，虚拟系统控制中心根据存储空间实际文件大小与虚拟机整体磁盘空间进行比较，若比例大于预设的门限，则将源虚拟机磁盘文件整体传输至目标虚拟机磁盘空间，优选地，目标虚拟机磁盘空间大于等于源虚拟机磁盘空间；
否则，按文件块的数据内容判断决定是否进行传输，若文件块内容为全零，则舍弃该文件块，读取下一个文件块；优选的，文件大小由实际传输带宽以及vCPU的性能决定；否则传输所述文件块至目的虚拟机磁盘空间中；
重复上述过程直至最后一个文件块传输至目的虚拟机磁盘空间中，停止更新源虚拟机存储空间的文件。具体流程如图2所示。
内存数据迁移：虚拟系统控制中心在磁盘文件迁移结束后，开始进行内存迁移；开始进行内存迁移前，预设源端虚拟机内存缓冲区的大小，优选的，内存缓冲区大小将根据vCPU的性能以及传输带宽进行设置；然后将源端虚拟机的内存全部拷贝到目的主机上，同时，将源端虚拟机内存拷贝至缓冲区；记录拷贝过程中发生了变化的内存页(脏页)；通过比对源端内存脏页与缓冲区对应的内存页，获取增量数据，优选的，增量数据用异或的方式获取；将增量数据拷贝至目的虚拟机内存中，同时更新缓冲区对应的内存页；目的虚拟机根据增量数据恢复对应的内存页数据；直到将所有脏页全部拷贝至目的虚拟机内存中。其处理流程如图3所示。
之后再重复上述过程，从头开始将第二次拷贝过程中发生了变化的内存页(即脏页)拷贝到目的虚拟机主机上，如此不断迭代，直到源虚拟机中的脏页数据量小于某个预设的门限M，优选的，预设门限根据vCPU的处理速度以及虚拟机之间传输带宽进行选择；将源虚拟机的网络功能服务进行短暂的暂停，使目的虚拟机的内存和源虚拟机的内存完全同步，完成内存迁移。
切换：在源虚拟机网络功能服务暂停之后，启动目的虚拟机相关的网络功能服务，在目的虚拟主机网络服务启动结束后，在虚拟系统中将源虚拟主机服务切换至目的虚拟机主机，切换过程一般都在毫秒级，保证用户在使用过程中基本不受迁移过程的影响。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法，其特征在于：包括以下过程，迁移初始化过程:选择目的虚拟机；硬盘文件迁移过程：根据实际硬盘文件大小进行全虚拟机磁盘空间传输或者选择有数据部分的文件空间进行传输；内存数据迁移过程：缓存源虚拟机内存页，记录内存拷贝过程的脏内存页，获取脏页与缓冲区的内存页的增量数据，拷贝增量数据至目的虚拟机内存中；重复上述过程直到增量数据低于预设的门限；切换虚拟机过程：停止源虚拟机的网络服务，执行最后一次内存量增量数据拷贝，开启目的虚拟机虚拟功能网落服务。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：迁移初始化过程：在虚拟了网络功能节点的云平台中，选择一台虚拟机，与源虚拟机所在物理机具有相同的配置，如：内存大小，CPU处理速度，磁盘大小等，作为目的虚拟机，
3.根据权利要求2所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：所述目的虚拟机与源虚拟机不在同一物理机节点上。
4.根据权利要求1所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：磁盘文件迁移过程：承载虚拟化网络功能的空间一般以文件形式存储于虚拟空间中，虚拟系统控制中心根据存储空间实际文件大小与虚拟机整体磁盘空间进行比较，若比例大于预设的门限，则将源虚拟机磁盘文件整体传输至目标虚拟机磁盘空间，否则，按文件块的数据内容判断决定是否进行传输，若文件块内容为全零，则舍弃该文件块，读取下一个文件块；否则传输所述文件块至目的虚拟机磁盘空间中；重复上述过程直至最后一个文件块传输至目的虚拟机磁盘空间中，停止更新源虚拟机存储空间的文件。
5.根据权利要求4所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：目标虚拟机磁盘空间大于或等于源虚拟机磁盘空间。
6.根据权利要求4所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：文件大小由实际传输带宽以及vCPU的性能决定。
7.根据权利要求1所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：内存数据迁移过程，虚拟系统控制中心在磁盘文件迁移结束后，开始进行内存迁移；开始进行内存迁移前，预设源端虚拟机内存缓冲区的大小，然后将源端虚拟机的内存全部拷贝到目的主机上，同时，将源端虚拟机内存拷贝至缓冲区；记录拷贝过程中发生了变化的内存页(脏页)；通过比对源端内存脏页与缓冲区对应的内存页，获取增量数据，将增量数据拷贝至目的虚拟机内存中，同时更新缓冲区对应的内存页；目的虚拟机根据增量数据恢复对应的内存页数据；直到将所有脏页全部拷贝至目的虚拟机内存中。之后再重复上述过程，从头开始将第二次拷贝过程中发生了变化的内存页(即脏页)拷贝到目的虚拟机主机上，如此不断迭代，直到源虚拟机中的脏页数据量小于某个预设的门限M，将源虚拟机的网络功能服务进行短暂的暂停，使目的虚拟机的内存和源虚拟机的内存完全同步，完成内存迁移。
8.根据权利要求7所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：内存缓冲区大小将根据vCPU的性能以及传输带宽进行设置。
9.根据权利要求7所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：且增量数据用异或的方式获取，且预设门限根据vCPU的处理速度以及虚拟机之间传输带宽进行选择。
10.根据权利要求1所述的一种虚拟网络功能的虚拟机在线安全迁移的方法：切换虚拟机过程，在源虚拟机网络功能服务暂停之后，启动目的虚拟机相关的网络功能服务，在目的虚拟主机网络服务启动结束后，在虚拟系统中将源虚拟主机服务切换至目的虚拟机主机，切换过程一般都在毫秒级，保证用户在使用过程中基本不受迁移过程的影响。
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