CN112380070A - 一种虚拟机容错系统及其容错方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种虚拟机容错系统及其容错方法，用于在主虚拟机生成随机数后对主备虚拟机进行状态数据同步，该虚拟机容错系统包括主虚拟机监视器和备虚拟机监视器。主虚拟机监视器上安装有主虚拟机，备虚拟机监视器上安装有备虚拟机。其中，在主虚拟机生成随机数后，主虚拟机监视器向主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。从而尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，主虚拟机监视器主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机计算资源的浪费。

Description

一种虚拟机容错系统及其容错方法
技术领域
本发明涉及虚拟机技术领域，尤其涉及一种虚拟机容错系统及其容错方法。
背景技术
虚拟化技术随着云计算的开展得到广泛应用，虚拟机容错技术可以为关键应用提供可靠性保证。早期的虚拟机容错技术(如MicroCheckpointing、Kemari等)，备虚拟机一直处于暂停状态，不停高频同步主虚拟机的状态变化，若主虚拟机发生故障，则激活备虚拟机运行。主虚拟机和备虚拟机之间定期高频做Checkpoint(检查点机制，一种状态数据同步方式)，同时Checkpoint需要暂停源虚拟机运行，由于高频Checkpoint引入的开销较大，这种容错技术无法商用。
针对早期虚拟机容错开销较大问题，Intel(英特尔)提出粗粒度同步技术(COarse-grained LOck-stepping，简称COLO)，该方法主备虚拟机都处于运行状态，外部客户端发给主虚拟机的网络请求，主虚拟机同时发给备虚拟机处理，通过比较主虚拟机和备虚拟机对同一网络请求的网络响应，决定是否需要同步主备虚拟机的状态。若主备虚拟机对客户端网络请求产生的响应数据包相同，则无需做Checkpoint；否则，立刻同步主备虚拟机状态。该方法减少了Checkpoint的频率，降低了容错开销，已在云计算产品中商用(如ZStack等)，此外VMware也采用了与COLO类似的容错技术。
目前，随机数在验证码、UUID(Universally Unique Identifier，通用唯一识别码)生成、安全秘钥等场景得到广泛应用，生成随机数依赖本地的软硬件环境数据，在COLO容错场景中，主备虚拟机生成的随机数由于软硬件环境不同而不同，此时主备虚拟机状态已经不一致，需要同步。但COLO技术判断是否需要Checkpoint的条件，完全依赖主备虚拟机对客户端网络请求产生的响应包的比对结果，导致备虚拟机在获取随机数之后的计算成为一种不必要的浪费。
发明内容
本发明提供了一种虚拟机容错系统及其容错方法，用以避免主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机计算资源的浪费。
第一方面，本发明提供了一种虚拟机容错系统，该容错系统包括主虚拟机监视器和备虚拟机监视器。在主虚拟机监视器上安装有主虚拟机，在备虚拟机监视器上安装有备虚拟机。其中，主虚拟机在生成随机数后，主虚拟机监视器向主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。
在上述的方案中，在主虚拟机生成随机数后，主虚拟机监视器向主虚拟机发送主虚拟机和备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。现有COLO技术中判断是否需要主备虚拟机进行同步的条件，完全依赖于主备虚拟机对客户端网络请求产生的网络响应数据包的比对结果。而在使用随机数的业务场景中，由于主备虚拟机各自软硬件环境差异不同，所生成的随机数也不同，主备虚拟机的状态数据已经不一致了。但COLO技术需要等到生成网络响应数据包，经过比对之后，才进行主虚拟机与备虚拟机的状态数据同步，从而导致主备虚拟机在获取随机数之后的计算成为一种不必要的浪费。本申请的方案相比COLO技术，在主虚拟机获取随机数后，尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，使主虚拟机监视器主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机计算资源的浪费。
在一个具体的实施方式中，在主虚拟机生成随机数后，主虚拟机通过超级调用(Hypercall)陷入到主虚拟机监视器状态，以接收主虚拟机监视器发送的主虚拟机和备虚拟机进行状态数据同步的指示。
在一个具体的实施方式中，主虚拟机监视器通过修改主虚拟机内调用随机数的应用程序编程接口函数的方式，使主虚拟机通过超级调用陷入到主虚拟机监视器状态。从而在主虚拟机需要调用随机数时，及时陷入到主虚拟机监视器状态，由主虚拟机监视器发起主备虚拟机状态数据同步，使主虚拟机先完成主备虚拟机的状态数据同步，再进行调用随机数之后的计算。
在一个具体的实施方式中，主虚拟机监视器通过发起Checkpoint状态数据同步方式，向主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。
在一个具体的实施方式中，在备虚拟机生成随机数后，备虚拟机监视器向备虚拟机发送暂停运行的指示，以使备虚拟机暂停运行。使备虚拟机及时暂停，进行主备虚拟机状态数据同步，避免了后续备虚拟机由于调用与主虚拟机所调用的随机数不一致，避免了备虚拟机计算资源的浪费。
在一个具体的实施方式中，在主虚拟机与备虚拟机完成状态数据同步后，备虚拟机监视器向备虚拟机发送恢复运行的指示，以使备虚拟机恢复运行。使备虚拟机可以继续接收从主虚拟机转发的外部客户端网络请求包进行处理，同时能够使主虚拟机和备虚拟机调用相同的随机数进行接下来的网络请求包的处理。
在一个具体的实施方式中，在备虚拟机生成随机数后，备虚拟机通过超级调用陷入到备虚拟机监视器状态，以接收备虚拟机监视器发送的暂停运行或恢复运行的指示。
在一个具体的实施方式中，备虚拟机监视器通过修改备虚拟机内调用随机数的应用程序编程接口函数的方式，使备虚拟机通过超级调用陷入到备虚拟机监视器状态。同时在备虚拟机处理网络请求包过程中，需要调用随机数时，即陷入到备虚拟机监视器状态，由备虚拟机监视器进行进一步处理。
第二方面，本发明还提供了一种基于上述虚拟机容错系统的容错方法，该容错方法包括：主虚拟机生成随机数后，主虚拟机监视器向主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。
在上述的方案中，在主虚拟机生成随机数后，主虚拟机监视器向主虚拟机发送主虚拟机和备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机将其状态数据同步到备虚拟机。本申请的方案相比COLO技术，在主虚拟机获取随机数后，尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，主虚拟机监视器主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机计算资源的浪费。
在一个具体的实施方式中，该容错方法还包括：在备虚拟机生成随机数后，备虚拟机监视器向备虚拟机发送暂停运行的指示，以使备虚拟机暂停运行；在主虚拟机与备虚拟机完成状态数据同步后，备虚拟机监视器向备虚拟机发送恢复运行的指示，以使备虚拟机恢复运行。通过在备虚拟机生成随机数后，使备虚拟机暂停运行，等到主虚拟机和备虚拟机完成状态数据同步之后，再恢复运行，从而使主虚拟机和备虚拟机调用相同的随机数进行接下来的网络请求包的处理。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种虚拟机容错系统的示意框图；
图2为本发明实施例提供的一种虚拟机容错系统的架构图；
图3为本发明实施例提供的容错方法的一种流程图；
图4为本发明实施例提供的容错方法的另一种流程图。
附图标记：
10-主虚拟机监视器11-主虚拟机
20-备虚拟机监视器21-备虚拟机
30-应用程序编程接口函数
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、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。
为了方便理解本发明实施例提供的虚拟机容错系统，下面首先说明一下本发明实施例提供的虚拟机容错系统的应用场景，该虚拟机容错系统用于同步主虚拟机和备虚拟机。下面结合附图对该虚拟机容错系统进行详细的叙述。
参考图1及图2，本发明实施例提供的虚拟机容错系统包括主虚拟机监视器10和备虚拟机监视器20。在主虚拟机监视器10上安装有主虚拟机11，在备虚拟机监视器20上安装有备虚拟机21。其中，参考图3，主虚拟机11在生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11与备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。
在上述的方案中，在主虚拟机11生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11和备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。现有COLO技术中判断是否需要主备虚拟机进行同步的条件，完全依赖于主备虚拟机对客户端网络请求产生的网络响应数据包的比对结果。而在使用随机数的业务场景中，由于主备虚拟机各自软硬件环境差异不同，所生成的随机数也不同，主备虚拟机的状态数据已经不一致了。但COLO技术需要等到生成网络响应数据包，经过比对之后，才进行主虚拟机11与备虚拟机21的状态数据同步，从而导致主备虚拟机在获取随机数之后的计算成为一种不必要的浪费。本申请的方案相比COLO技术，在主虚拟机11获取随机数后，尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，使主虚拟机监视器10主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机21计算资源的浪费。下面结合附图对上述各个器件进行详细的介绍。
在设置虚拟机监视器与对应的虚拟机时，主虚拟机监视器10安装在主物理机端，主虚拟机11安装在主虚拟机监视器10上。备虚拟机监视器20安装在备物理机端，备虚拟机21安装在备虚拟机监视器20上。其中，主虚拟机监视器10和备虚拟机监视器20可以为KVM虚拟机(Kernel-based Virtual Machine的简称，是一个开源的系统虚拟化模块)。
参考图1及图3，在主虚拟机11生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11与备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。以尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，使主虚拟机监视器10主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机21计算资源的浪费。
在主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送进行主备虚拟机状态数据同步的指示时，可以在主虚拟机11生成随机数后，使主虚拟机11通过超级调用陷入到主虚拟机监视器10状态，以接收主虚拟机监视器10发送的主虚拟机11和备虚拟机21进行状态数据同步的指示。例如，主虚拟机监视器10可以通过修改主虚拟机11内调用随机数的应用程序编程接口函数30的方式，使主虚拟机11通过超级调用陷入到主虚拟机监视器10状态。从而在主虚拟机11需要调用随机数时，及时陷入到主虚拟机监视器10状态，由主虚拟机监视器10发起主备虚拟机状态数据同步，使主虚拟机11先完成主备虚拟机的状态数据同步，再进行调用随机数之后的计算。
在具体实现主备虚拟机状态数据同步时，可以使主虚拟机监视器10通过发起Checkpoint状态数据同步方式，向主虚拟机11发送主虚拟机11与备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。
另外，参考图1及图4，在备虚拟机21生成随机数后，可以使备虚拟机监视器20向备虚拟机21发送暂停运行的指示，以使备虚拟机21暂停运行。使备虚拟机21及时暂停，进行主备虚拟机状态数据同步，避免了后续备虚拟机21由于调用与主虚拟机11所调用的随机数不一致，避免了备虚拟机21计算资源的浪费。
参考图4，在主备虚拟机完成状态数据同步后，备虚拟机监视器20可以向备虚拟机21发送恢复运行的指示，以使备虚拟机21恢复运行。使备虚拟机21可以继续接收从主虚拟机11转发的外部客户端网络请求包进行处理，同时能够使主虚拟机11和备虚拟机21调用相同的随机数进行接下来的网络请求包的处理。
在实现备虚拟机监视器20向备虚拟机21发送指示时，在备虚拟机21生成随机数后，备虚拟机21可以通过超级调用陷入到备虚拟机监视器20状态，以接收备虚拟机监视器20发送的暂停运行或恢复运行的指示。例如，备虚拟机监视器20可以通过修改备虚拟机21内调用随机数的应用程序编程接口函数30的方式，使备虚拟机21通过超级调用陷入到备虚拟机监视器20状态。同时在备虚拟机21处理网络请求包过程中，需要调用随机数时，即陷入到备虚拟机监视器20状态，由备虚拟机监视器20进行进一步处理。
在主虚拟机11生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11和备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。本申请的方案相比COLO技术，在主虚拟机11获取随机数后，尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，使主虚拟机监视器10主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机21计算资源的浪费。
另外，本发明实施例还提供了一种基于上述虚拟机容错系统的容错方法，参考图1、图2及图3，该容错方法包括：主虚拟机11生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11与备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。
在上述的方案中，在主虚拟机11生成随机数后，主虚拟机监视器10向主虚拟机11发送主虚拟机11和备虚拟机21进行状态数据同步的指示，以使主虚拟机11将其状态数据同步到备虚拟机21。本申请的方案相比COLO技术，在主虚拟机11获取随机数后，尽早发现主备虚拟机状态数据不一致，主虚拟机监视器10主动发起主备虚拟机的状态数据同步，及时进行主备虚拟机的状态数据同步，避免了主备虚拟机从生成随机数到产生网络响应数据包并比较网络响应数据包造成的计算开销，从而避免备虚拟机21计算资源的浪费。
另外，参考图4，该容错方法还可以包括：在备虚拟机21生成随机数后，备虚拟机监视器20向备虚拟机21发送暂停运行的指示，以使备虚拟机21暂停运行。在主虚拟机11与备虚拟机21完成状态数据同步后，备虚拟机监视器20向备虚拟机21发送恢复运行的指示，以使备虚拟机21恢复运行。通过在备虚拟机21生成随机数后，使备虚拟机21暂停运行，等到主虚拟机11和备虚拟机21完成状态数据同步之后，再恢复运行，从而使主虚拟机11和备虚拟机21调用相同的随机数进行接下来的网络请求包的处理。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种虚拟机容错系统，其特征在于，包括：
主虚拟机监视器和备虚拟机监视器；
安装在所述主虚拟机监视器上的主虚拟机；
安装在所述备虚拟机监视器上的备虚拟机；
其中，所述主虚拟机在生成随机数后，所述主虚拟机监视器向所述主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使所述主虚拟机将其状态数据同步到所述备虚拟机。
2.如权利要求1所述的虚拟机容错系统，其特征在于，在所述主虚拟机生成随机数后，所述主虚拟机通过超级调用陷入到所述主虚拟机监视器状态，以接收所述主虚拟机监视器发送的主虚拟机和备虚拟机进行状态数据同步的指示。
3.如权利要求2所述的虚拟机容错系统，其特征在于，所述主虚拟机监视器通过修改所述主虚拟机内调用随机数的应用程序编程接口函数的方式，使所述主虚拟机通过超级调用陷入到所述主虚拟机监视器状态。
4.如权利要求1所述的虚拟机容错系统，其特征在于，所述主虚拟机监视器通过发起Checkpoint状态数据同步方式，向所述主虚拟机发送所述主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使所述主虚拟机将其状态数据同步到所述备虚拟机。
5.如权利要求1～4任一项所述的虚拟机容错系统，其特征在于，在所述备虚拟机生成随机数后，所述备虚拟机监视器向所述备虚拟机发送暂停运行的指示，以使所述备虚拟机暂停运行。
6.如权利要求5所述的虚拟机容错系统，其特征在于，在所述主虚拟机与备虚拟机完成状态数据同步后，所述备虚拟机监视器向所述备虚拟机发送恢复运行的指示，以使所述备虚拟机恢复运行。
7.如权利要求6所述的虚拟机容错系统，其特征在于，在所述备虚拟机生成随机数后，所述备虚拟机通过超级调用陷入到所述备虚拟机监视器状态，以接收所述备虚拟机监视器发送的暂停运行或恢复运行的指示。
8.如权利要求7所述的虚拟机容错系统，其特征在于，所述备虚拟机监视器通过修改所述备虚拟机内调用随机数的应用程序编程接口函数的方式，使所述备虚拟机通过超级调用陷入到所述备虚拟机监视器状态。
9.一种基于权利要求1～8任一项所述的虚拟机容错系统的容错方法，其特征在于，包括：
主虚拟机生成随机数后，所述主虚拟机监视器向所述主虚拟机发送主虚拟机与备虚拟机进行状态数据同步的指示，以使所述主虚拟机将其状态数据同步到所述备虚拟机。
10.如权利要求9所述的容错方法，其特征在于，还包括：
在备虚拟机生成随机数后，备虚拟机监视器向所述备虚拟机发送暂停运行的指示，以使所述备虚拟机暂停运行；
在所述主虚拟机与备虚拟机完成状态数据同步后，所述备虚拟机监视器向所述备虚拟机发送恢复运行的指示，以使所述备虚拟机恢复运行。
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