JP6247648B2

JP6247648B2 - ライブマイグレーション実行装置およびその動作方法

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Publication number: JP6247648B2
Application number: JP2015009948A
Authority: JP
Inventors: 忠佑野副; 佐久間　美能留; 美能留佐久間; 和昭三澤; 野口　昌彦; 昌彦野口; 石禾　幹生; 幹生石禾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: JP2016134110A

Description

本発明は、同一の物理マシンで動作する２つの仮想マシンおよび各仮想マシンで動作するサーバを別の物理マシンに通信断なくライブマイグレーションする技術に関する。

サーバの高可用性実現技術として、２台のサーバでACT-SYB構成をとるクラスタ構成技術がある。クラスタ構成技術としては、たとえば非特許文献１に規定されるAFMと呼ばれるフレームワークがある。ミドルウェアにAMFのようなフレームワークを用いることで、サービス断を発生させることなくクラスタの系切替が可能となる。

また、通信網で利用される各種サーバのハードウェアの利用効率の向上や省コスト化、省電力化等を実現する技術として、非特許文献２で示される一台の物理マシン上にて複数の仮想マシンを稼働させるサーバ仮想化技術がある。仮想化技術を用いて、２台の仮想マシンでクラスタ化されたサーバを、１台の物理マシン上で稼働させた場合の例を図３に示す。

物理マシン１Ａで動作する仮想マシン１０でアクト系のサーバ３０Ａが動作し、物理マシン１Ａで動作する別の仮想マシン２０でスタンバイ系のサーバ４０Ｓが動作している。例えば、サーバ３０Ａに障害が発生すると、サーバ３０Ａはスタンバイ系のサーバに切り替わり、サーバ４０Ｓはアクト系のサーバに切り替わる。

サーバ仮想化技術を用いる利点としては、非特許文献３に示されるような、物理マシン上で稼働する仮想マシンを停止させることなく、別の物理サーバ上に移行させるライブマイグレーション技術の利用がある。ライブマイグレーションは移行元の物理マシンのメモリ内に保持されている移行対象の仮想マシンのデータを、移行先物理サーバのメモリ上にネットワーク経由で差分コピーを繰り返し、最終的に差分が閾値以下になった際に、移行先への切り替えを実現することで行われる。

Service Availability Forum, Application Interface Specification, Availability Management Framework, SAI-AIS-AMF-B.04.01 A. Desai, R. Oza, P. Sharma, and B. Patel, "Hypervisor : A Survey on Concepts and Taxonomy", International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, Vol. 2, No. 3, pp. 222-225, February 2013. C. Clark, K. Fraser, S. Hand, J. G. Hansen, E. Jul, C. Limpach, I. Pratt, and A. Warfield, "Live migration of virtual machines," in Proceedings of the 2nd conference on Symposium on Networked Systems Design & Implementation - Volume 2. Berkeley, CA: USENIX Association, 2005, pp. 273-286.

ライブマイグレーションは無停止での仮想マシンの移行を行う技術ではあるが、その仕組み上、切替時に一時的な通信断が発生する。
すなわち、ライブマイグレーションでは、（１）初期化、（２）メモリー内容の転送、（３）仮想マシンの実行停止、（４）状態の転送、（５）仮想マシンの実行再開がこの順で実行される。このように、仮想マシンを一旦停止し、再開させるので、停止中は信号処理が行えず、通信断が発生する

例えばＳＩＰネットワークなどにおいては、このような通信断が発生した場合、対向サーバや端末はプロトコル規定に従い、サーバに対しＳＩＰ信号の再送を実施する。また、ライブマイグレーション処理を行うと、通常の仮想マシンの負荷に加えてライブマイグレーション処理の負荷が物理マシンでは必要になるため、仮想マシンで利用可能なリソースが通常運用時より少なくなる。その結果、仮想マシン上のサーバにおいては、利用可能な物理マシンのリソースが少なくなっている状況にも関わらず、一時的な通信断に起因して発生する再送信号の処理が必要となるため、処理リソース不足が発生し、正常に信号処理を行えなくなる場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、同一の物理マシンで動作する２つの仮想マシンおよび各仮想マシンで動作するサーバを別の物理マシンに通信断なくライブマイグレーションする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の本発明は、移行元の物理マシンで動作する仮想マシンでアクト系のサーバが動作し、当該物理マシンで動作する別の仮想マシンでスタンバイ系のサーバが動作している場合に使用されるライブマイグレーション実行装置であって、前記アクト系のサーバを動作させている仮想マシンと前記スタンバイ系のサーバを動作させている仮想マシンを確認するクラスタ構成確認部と、当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシンに移行し、前記移行元の物理マシンにおけるアクト系のサーバがスタンバイ系のサーバに切り替えられた後の当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを前記移行先の物理マシンに移行する移行処理部と、前記移行元の物理マシンにおいてアクト系のサーバをスタンバイ系のサーバに切り替えるとともに、前記移行先の物理マシンにおいてスタンバイ系のサーバをアクト系のサーバに切り替える系切替処理部とを備えることを特徴とする。

第２の本発明は、移行元の物理マシンで動作する仮想マシンでアクト系のサーバが動作し、当該物理マシンで動作する別の仮想マシンでスタンバイ系のサーバが動作している場合に使用されるライブマイグレーション実行装置の動作方法であって、前記ライブマイグレーション実行装置のクラスタ構成確認部が、前記アクト系のサーバを動作させている仮想マシンと前記スタンバイ系のサーバを動作させている仮想マシンを確認し、前記ライブマイグレーション実行装置の移行処理部が、当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシンに移行し、前記ライブマイグレーション実行装置の系切替処理部が、前記移行元の物理マシンにおけるアクト系のサーバをスタンバイ系のサーバに切り替えるとともに、前記移行先の物理マシンにおけるスタンバイ系のサーバをアクト系のサーバに切り替え、前記ライブマイグレーション実行装置の移行処理部が、前記移行元の物理マシンにおけるスタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを前記移行先の物理マシンに移行することを特徴とする。

本発明によれば、同一の物理マシンで動作する２つの仮想マシンおよび各仮想マシンで動作するサーバを別の物理マシンに通信断なくライブマイグレーションすることができる。

本発明の実施の形態に係るシステム構成を示す。移行過程でのシステムの状態を示す。１台の物理マシン上の２台の仮想マシンでサーバをクラスタ化させた例を示す。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係るシステム構成を示す。
移行元の物理マシン１では仮想マシン１０、２０が動作している。仮想マシン１０ではアクト系のサーバ３０Ａが動作し、仮想マシン２０ではスタンバイ系のサーバ４０Ｓが動作している。すなわち、アクト系のサーバとスタンバイ系のサーバを一対としたクラスタ構成が実現されている。アクト系のサーバ３０Ａは、スタンバイ系のサーバ（後述のサーバ３０Ｓ）に切り替わることが可能であり、アクト系のサーバ３０Ａに戻ることも可能である。スタンバイ系のサーバ４０Ｓは、アクト系のサーバ（後述のサーバ４０Ａ）に切り替わることが可能であり、スタンバイ系のサーバ４０Ｓに戻ることも可能である。

本実施の形態では、アクト系のサーバが信号処理を行い、スタンバイ系のサーバは信号処理を行わない。本実施の形態では、サーバをスタンバイ系の状態でライブマイグレーション（移行）することで、ライブマイグレーションによる通信断を防止する。
移行元の物理マシン１は、ネットワークＮを介して、移行先の物理マシン２に接続されている。

移行元の物理マシン１にはライブマイグレーション実行装置１００が構成される。
ライブマイグレーション実行装置１００は、保守者等からライブマイグレーションの指示を受ける移行指示受付部１０１と、アクト系のサーバ３０Ａを動作させている仮想マシン１０とスタンバイ系のサーバ４０Ｓを動作させている仮想マシン２０を確認するクラスタ構成確認部１０２と、サーバおよびサーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシン２に移行する移行処理部１０３と、アクト系のサーバからスタンバイ系のサーバのへの切り替え、および逆の切り替えを行う系切替処理部１０４とを備える。

次に、移行元の物理マシン１から移行先の物理マシン２への仮想マシンおよびサーバの移行について説明する。

図２は、移行過程でのシステムの状態を示す。
図２（ａ）は当初の状態を示す。信号処理は、スタンバイ系のサーバ４０Ｓでなく、アクト系のサーバ３０Ａで行われている。

まず、移行指示受付部１０１は、保守者等からライブマイグレーションの指示を受ける。
移行指示受付部１０１は、指示を受けたなら、クラスタ構成確認部１０２に対し、クラスタ構成の確認指示を送る。
クラスタ構成確認部１０２は、クラスタ構成の確認指示を受けたなら、サーバ３０Ａ、４０Ｓの一方または両方にログインし、クラスタ構成確認コマンドを実行することで、各サーバがアクト系のサーバであるかスタンバイ系のサーバであるかを確認する。

クラスタ構成確認部１０２は、確認を終えたなら、移行処理部１０３に対し、スタンバイ系のサーバ（この場合、サーバ４０Ｓ）および該サーバを動作させている仮想マシン（この場合、仮想マシン２０）を移行先の物理マシン２にライブマイグレーション（移行）するよう実行指示を送る。
移行処理部１０３は、実行指示を受けたなら、指定されたサーバおよび仮想マシンを、移行先の物理マシン２にライブマイグレーション（移行）し、ライブマイグレーションが終了したなら、クラスタ構成確認部１０２にライブマイグレーション終了を通知する。
図２（ｂ）は、ライブマイグレーション終了時の状態を示す。サーバ４０Ｓおよび仮想マシン２０は移行先の物理マシン２に存在し、移行元の物理マシン１には存在しない。しかしながら、クラスタ構成は維持されている。

クラスタ構成確認部１０３は、ライブマイグレーション終了が通知されたなら、系切替処理部１０４に対し、系切替処理の実行指示を送る。
系切替処理部１０４は、系切替処理の実行指示を受けたなら、サーバ３０Ａまたはサーバ４０Ｓにログインし、系切替コマンドを実行することで、図２（ｃ）に示すように、アクト系のサーバ３０Ａをスタンバイ系のサーバ３０Ｓに切り替え、スタンバイ系のサーバ４０Ｓをアクト系のサーバ４０Ａに切り替え、このような系切替を終了したなら、クラスタ構成確認部１０２に対し、系切替終了を通知する。

切替後の信号処理は、スタンバイ系のサーバ３０Ｓでなく、アクト系のサーバ４０Ａで行われる。系切替は、瞬時に行われるので、信号断は発生しない。
クラスタ構成確認部１０２は、系切替終了を受けたなら、移行処理部１０３に対し、スタンバイ系のサーバ（この場合、サーバ３０Ｓ）および該サーバを動作させている仮想マシン（この場合、仮想マシン１０）を移行先の物理マシン２にライブマイグレーション（移行）するよう実行指示を送る。

移行処理部１０３は、実行指示を受けたなら、指定されたサーバおよび仮想マシンを、移行先の物理マシン２にライブマイグレーション（移行）し、ライブマイグレーションが終了したなら、クラスタ構成確認部１０２にライブマイグレーション終了を通知する。
図２（ｄ）は、２回目のライブマイグレーション終了時の状態を示す。サーバ３０Ｓおよび仮想マシン１０は移行先の物理マシン２に存在し、移行元の物理マシン１には存在しない。クラスタ構成は移行先の物理マシン２において維持されている。

なお、スタンバイ系のサーバ３０Ｓをアクト系のサーバ３０Ａに戻し、アクト系のサーバ４０Ａをスタンバイ系のサーバ４０Ｓに戻してもよい。
この場合、クラスタ構成確認部１０３は、系切替処理部１０４に対し、系切替処理の実行指示を送る。

系切替処理部１０４は、系切替処理の実行指示を受けたなら、サーバ３０Ｓまたはサーバ４０Ａにログインし、系切替コマンドを実行することで、図２（ｅ）に示すように、スタンバイ系のサーバ３０Ｓをアクト系のサーバ３０Ａに切り替え、アクト系のサーバ４０Ａをスタンバイ系のサーバ４０Ｓに切り替え、クラスタ構成確認部１０２に対し、系切替終了を通知する。
切替後の信号処理は、スタンバイ系のサーバ４０Ｓでなく、アクト系のサーバ３０Ａで行われる。

以上のように、本実施の形態に係るライブマイグレーション実行装置１００によれば、アクト系のサーバを動作させている仮想マシンとスタンバイ系のサーバを動作させている仮想マシンを確認するクラスタ構成確認部１０２と、移行元の物理マシン１におけるスタンバイ系のサーバおよびサーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシン２に移行し、系切替後にも、移行元の物理マシン１におけるスタンバイ系のサーバおよびサーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシン２に移行する移行処理部１０３と、移行元の物理マシン１においてアクト系のサーバをスタンバイ系のサーバに切り替えるとともに、移行先の物理マシン２においてスタンバイ系のサーバをアクト系のサーバに切り替える系切替処理部１０４とを備えることで、サーバをスタンバイ系の状態でライブマイグレーションでき、ライブマイグレーションによる通信断を防止することが可能となる。その結果、信号再送信等によるサーバの処理負荷上昇を防止できる。すなわち、同一の物理マシン１で動作する２つの仮想マシンおよび各仮想マシンで動作するサーバを別の物理マシン２に通信断なくライブマイグレーションすることができる。

なお、本実施の形態では、ライブマイグレーション実行装置１００を移行元の物理マシン１に構成したが、移行先の物理マシン２に構成してもよいし、別の物理マシンに構成してもよい。

また、ライブマイグレーション実行装置１００としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録でき、また、インターネットなどの通信網を介して伝送させて、広く流通させることができる。

１、２物理マシン
１０、２０仮想マシン
３０Ａ、４０Ａアクト系のサーバ
３０Ｓ、４０Ｓスタンバイ系のサーバ
１０１移行指示受付部
１０２クラスタ構成確認部
１０３移行処理部
１０４系切替処理部

Claims

移行元の物理マシンで動作する仮想マシンでアクト系のサーバが動作し、当該物理マシンで動作する別の仮想マシンでスタンバイ系のサーバが動作している場合に使用されるライブマイグレーション実行装置であって、
前記アクト系のサーバを動作させている仮想マシンと前記スタンバイ系のサーバを動作させている仮想マシンを確認するクラスタ構成確認部と、
当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシンに移行し、前記移行元の物理マシンにおけるアクト系のサーバがスタンバイ系のサーバに切り替えられた後の当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを前記移行先の物理マシンに移行する移行処理部と、
前記移行元の物理マシンにおいてアクト系のサーバをスタンバイ系のサーバに切り替えるとともに、前記移行先の物理マシンにおいてスタンバイ系のサーバをアクト系のサーバに切り替える系切替処理部と
を備えることを特徴とするライブマイグレーション実行装置。
移行元の物理マシンで動作する仮想マシンでアクト系のサーバが動作し、当該物理マシンで動作する別の仮想マシンでスタンバイ系のサーバが動作している場合に使用されるライブマイグレーション実行装置の動作方法であって、
前記ライブマイグレーション実行装置のクラスタ構成確認部が、前記アクト系のサーバを動作させている仮想マシンと前記スタンバイ系のサーバを動作させている仮想マシンを確認し、
前記ライブマイグレーション実行装置の移行処理部が、当該スタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを移行先の物理マシンに移行し、
前記ライブマイグレーション実行装置の系切替処理部が、前記移行元の物理マシンにおけるアクト系のサーバをスタンバイ系のサーバに切り替えるとともに、前記移行先の物理マシンにおけるスタンバイ系のサーバをアクト系のサーバに切り替え、
前記ライブマイグレーション実行装置の移行処理部が、前記移行元の物理マシンにおけるスタンバイ系のサーバおよび当該サーバを動作させている仮想マシンを前記移行先の物理マシンに移行する
ことを特徴とするライブマイグレーション実行装置の動作方法。