CN112685141B

CN112685141B - 虚拟机启动方法、装置、设备和存储介质

Info

Publication number: CN112685141B
Application number: CN202110268326.2A
Authority: CN
Inventors: 陈亮; 陈帆
Original assignee: Beijing Easy Star Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Easy Star Technology Development Co ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN112685141A

Abstract

本申请公开了一种虚拟机启动方法、装置、设备和存储介质。一种虚拟机启动方法，包括：将内核中的initramfs文件进行解压缩得到init进程的可执行文件；运行所述init进程的可执行文件，以创建init进程；执行init进程以完成启动。本申请启动虚拟机避免加载内核外部的initramfs文件，提高了虚拟机启动的速度。

Description

虚拟机启动方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种虚拟机启动方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

虚拟机系统启动过程中需加载initramfs文件。 Initramfs文件设置在内核外部；外置的initramfs文件占用的存储空间比较大；加载外部的initramfs文件一般会产生几秒甚至更多的延迟，虚拟机启动速度慢。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种虚拟机启动方法、装置、设备和存储介质，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种虚拟机启动方法，包括：

将内核中的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；并将所述init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；执行所述init进程以完成启动。

在一种实施方式中，所述init进程的可执行文件为静态链接。

在一种实施方式中，执行所述init进程，包括：

调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的所述第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

在一种实施方式中，将内存上的所述第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，所述方法还包括：

其中，所述目标子目录为所述init进程的最终要运行的根目录；

调用ch_root命令进行根目录切换，将所述init进程的当前的根目录，从磁盘上的第二根目录切换为目标子目录，以使得所述目标子目录作为所述init进程的根目录。

为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种虚拟机启动装置；位于虚拟机内核Kernel中，该装置包括：

可执行文件获取模块，用于将内核中的initramfs文件解压缩得到可执行文件；并将init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

执行模块，用于运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；

执行所述init进程以完成启动。

在一种实施方式中，执行模块还用于，调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

在一种实施方式中，执行模块还用于，将内存上的所述第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，

为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种虚拟机启动设备；位于虚拟机内核中；设备包括至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述方法。

为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，位于虚拟机内核中，计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述方法。

本申请的虚拟机启动方法，将内核中的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；运行该可执行文件，从而创建init进程；执行init进程以完成启动；本申请的方法，initramfs文件为预先制作好的，放置在内核中，虚拟机启动时，避免加载使用虚拟机内核外部的initramfs文件，提高了虚拟机的启动速度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种虚拟机场景示意图；

图2是根据本申请实施例的一种虚拟机启动方法的流程图；

图3是根据本申请实施例的一种优化前后的对比图；

图4是根据本申请实施例的一种根目录示意图；

图5是根据本申请实施例的一种虚拟机启动装置的结构示意图；

图6是根据本申请实施例的一种虚拟机启动设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见附图1所示的虚拟机场景示意图；虚拟机KVM、内核KernelES操作系统OS包括Docker、Busybox、rpm-ostree；容器containers包括多个不同的应用程序APP。虚拟机在启动的过程中，内核需要调用内核外置的initramfs文件；加载延迟比较大，并且外置的initramfs文件占用存储空间较大。

基于此，本申请提出了一种虚拟机启动方法，参见附图2所示的一种虚拟机启动方法的流程图；该方法包括：

步骤S202，将内核中的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；并将所述init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

具体实施时，Linux 内核Kernel启动时会在内存中创建一个根文件系统rootfs。

其中，initramfs文件为预先制作的，经过裁剪处理的，制作完成后置于内核中。

内核内置的initramfs文件占用的存储空间很小。解压缩后得到init进程的可执行文件。

现有技术中，虚拟机启动需要的驱动模块virtio-blk在initramfs文件中，虚拟机启动需要加载内核外部的initramfs文件才能获得virtio-blk；而本申请的技术方案，把虚拟机启动需要的驱动模块virtio-blk预先编译在内核kernel镜像中，从而不需要加载外部的initramfs文件。

值得强调的是，第一根目录为内存中的根文件系统rootfs中的根目录；该根目录只是暂时的，并不是操作系统所在的磁盘上的根目录。后续的过程需要进行根目录的切换，将暂时的根目录切换为磁盘上的根目录。

现有技术中，创建init进程时，需要加载内核外部的initramfs文件，并且外部的initramfs文件还存储了一些驱动、动态链接的函数库等内容，占用空间大，挂载消耗的时间长。

步骤S204，虚拟机内核Kernel运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；运行所述init进程以完成启动。

其中，init进程是内核引导过程完成时创建的第一个进程。Linux使用init进程来对组成Linux的服务和应用程序进行初始化。init进程为启动必须的一号进程。一旦运行了init进程的可执行文件，也就是创建了该进程；运行该init进程，kernel完成启动工作。

本申请通过内核内部的initramfs文件来得到init进程的可执行文件，运行该可执行文件来创建init进程，避免加载内核外部的initramfs文件来创建init进程，从而提高了虚拟机启动速度。参见附图3所示的优化前后的对比图；优化前，现有技术中，grub加载内核和内核外部的initramfs文件，需要耗费比较长的时间。优化后，本申请把initramfs文件嵌入到了内核中， grub加载时不需要占用过多的存储空间；不需要加载内核外部的initramfs文件；大大减小了启动时间，提高了启动的速度。

本申请考虑到EasyStack Container Linux的特点和Linux Kernel现有的initramfs加载机制；启动时不需要加载内核外部的initramfs文件，将必要的Switch_root时用来选择根目录的逻辑灌入内置于kernel镜像的initramfs文件中。

值得强调的是，init进程的可执行文件为静态链接，在运行init进程的可执行文件时不需要动态链接外部的shared library。

这样最终将一个以systemd为init的相对完整的用户态换成了一个静态链接的可执行文件，并且随内核kernel一并加载到内存。在以ceph为存储的环境中，成功使虚拟机启动时长缩减1/3。

本申请将容器操作系统用户态极简化处理, 只保留用于启动容器运行所必需的依赖, 这样做既可以降低内存和存储的使用量, 从安全层面上考虑又可以减少可被攻击面。

在一些实施例中，本申请预先对initramfs文件进行优化处理，可以预先对initramfs文件进行裁剪，将一些不必要的文件裁剪掉，不必要的文件包括但不限于sharedlibrary；从而减小initramfs文件大小，从而节省了存储空间。

具体的，利用BusyBox工具对一些基础用户态shared library进一步裁减，实现了多个创新性的功能。

虚拟机运行之后，在最终运行的根目录下设置了BusyBox工具。BusyBox常被称为Linux的瑞士军刀工具，以一个单独的可执行文件来提供一个较完善的运行环境。采用BusyBox 将多个常用的Linux工具集成到上述的可执行文件。常用工具包括：ls, cat,echo, grep, find等。可以删除上述工具中的一些极少使用的选项。

采用BusyBox替换掉的常用工具包括:

常用命令行相关:

awk,ash,base64,basename,blockdev,bzcat,bzip,cat,clear,cut,diff,du,echo, Dirname,egrep,fuser,fdisk, grep,hexdump,head,hostname,ls,lspci,mkdir,ps,

pstree,pwd,rpm2cpio,sed,top,xz,zcat等。

系统控制命令相关:

Arpping,chmod,chown,crontab,chpasswd,chroot,brctl,date,dd,dmesg,fsck,findfs,fstrim,flock,fsync,ftpget,ftpput,httpd,ifconfig,ifdown,ifupiplink,iostat,ionice,lsof,mkdev,mpstat,nc,netstat,nslookup,ping,pkill,resize,telnet,tftp,wget等。

静态编译的系统命令:lvm.static；

移除所有不必要的 shared library/lib 与 /lib64底下的.so library；

移除以下的内容:

usr/lib64/ld-linux-x86-64.so.2;

usr/lib64/libattr.so.1;

usr/lib64/libblkid.so.1;

usr/lib64/libbz2.so.1;

usr/lib64/libc.so.6;

usr/lib64/libcap.so.2;

usr/lib64/libdevmapper-event.so.1.02;

usr/lib64/libdevmapper.so.1.02;

usr/lib64/libdl.so.2;

usr/lib64/libdw.so.1;

usr/lib64/libelf.so.1;

usr/lib64/libgcc_s.so.1;

usr/lib64/liblzma.so.5;

usr/lib64/libm.so.6;

usr/lib64/libpcre.so.1;

usr/lib64/libpthread.so.0;

usr/lib64/libreadline.so.6;

usr/lib64/librt.so.1;

usr/lib64/libselinux.so.1;

usr/lib64/libsepol.so.1;

usr/lib64/libtinfo.so.5;

usr/lib64/libudev.so.1;

usr/lib64/libuuid.so.1;

usr/lib64/libz.so.1。

因为上述的第一根目录只是一个模拟的根目录，位于内存中，并不是操作系统所在的磁盘的真实的根目录，所以为了找到真实的磁盘的根目录，需要进行Switch_root命令。在一种实施方式中，执行所述init进程时，调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

其中，第二根目录为操作系统所在的磁盘上的根目录。

为了实现版本的保护，init进程最终运行的根目录藏在了磁盘的根目录的多个子目录中。当找到磁盘的根目录之后，还需要采用ch_root命令进行根目录的切换，将隐藏的子目录切换为根目录。

其中，根目录下设置多个一级子目录。参见附图4所示的一种根目录示意图；一级子目录包括bin、boot、etc、porc、dev、home、usr等。一级etc子目录下还设置有二级子目录；比如rc.d子目录。一级usr子目录下还设置有多个二级子目录，包括src子目录。

真实的根目录可以隐藏在一级子目录中，也可以隐藏在二级子目录中。当init进程切换到最终的根目录后，启动完毕。虚拟机完成启动。

在一种实施方式中，将内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，获取磁盘上的第二根目录下的多个子目录；

示例性的，结合附图4，多个子目录包括bin、boot、etc、porc、dev、home、usr；

示例性的，init进程最终运行的根目录为etc。etc作为一个子目录藏在了磁盘的根目录下。

示例性的，调用ch_root命令进行根目录切换，将 etc切换为根目录。切换完成后，虚拟机启动结束。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本发明实施例，还提供了一种虚拟机启动装置，位于虚拟机内核中，如图5所示，该装置包括：

可执行文件获取模块51，用于将内核中的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；并将所述init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

执行模块52，用于运行所述init进程的可执行文件，以创建所述init进程；执行所述init进程以完成启动。

本发明的虚拟机启动装置，将预先制作好的内置于内核中的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；运行init进程的可执行文件以创建init进程，运行init进程以完成启动；创建init进程时避免加载使用内核外部的initramfs文件，提高了虚拟机启动速度。

在一种实施方式中，执行模块52还用于，调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

在一种实施方式中，执行模块52还用于，将内存上的所述第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，获取磁盘上的第二根目录下的多个子目录；

根据本申请的第三方面，提供了一种虚拟机启动设备；位于虚拟机内核中。参见附图6，包括至少一个处理器61和至少一个存储器62；所述存储器62用于存储一个或多个程序指令；所述处理器61，用于运行一个或多个程序指令，用以执行以下的步骤：

运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；

执行所述init进程以完成启动。

所述处理器61还用于，调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

所述处理器61还用于，将内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，获取磁盘上的第二根目录下的多个子目录；

根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行以下的步骤：

运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；

执行所述init进程以完成启动。

在一种实施方式中，执行所述init进程，包括：

调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录。

在一种实施方式中，将内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，还包括：

在本发明实施例中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）、专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC）、现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

其中，非易失性存储器可以是只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、可编程只读存储器（Programmable ROM，简称PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM，简称EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（Electrically EPROM，简称EEPROM）或闪存。

易失性存储器可以是随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器（Static RAM，简称SRAM）、动态随机存取存储器（Dynamic RAM，简称DRAM）、同步动态随机存取存储器（Synchronous DRAM，简称SDRAM）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM）、增强型同步动态随机存取存储器（EnhancedSDRAM，简称ESDRAM）、同步连接动态随机存取存储器（Synchlink DRAM，简称SLDRAM）和直接内存总线随机存取存储器（DirectRambus RAM，简称DRRAM）。

本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种虚拟机启动方法，其特征在于，包括：

将内核中的预先经过裁剪处理的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；并将所述init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

运行所述init进程的可执行文件以创建所述init进程；

执行所述init进程以完成启动；

所述init进程的可执行文件为静态链接；

执行所述init进程，包括：调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录；

将内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，所述方法还包括：

其中，所述目标子目录为所述init进程的最终要选择的根目录；

2.一种虚拟机启动装置，其特征在于，包括：

可执行文件获取模块，用于将内核中的预先经过裁剪处理的initramfs文件解压缩得到init进程的可执行文件；并将所述init进程的可执行文件放置在根文件系统rootfs中的第一根目录中，其中，所述根文件系统rootfs为内核启动时在内存中建立的；

执行模块，用于运行所述init进程的可执行文件，以创建所述init进程；

执行所述init进程以完成启动；

执行模块还用于，调用Switch_root命令进行根目录切换，将init进程当前的根目录，从内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录；

执行模块还用于，将内存上的第一根目录切换为磁盘上的第二根目录之后，

3.一种虚拟机启动设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行如权利要求1所述的方法。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行如权利要求1所述的方法。