WO2012155555A1 - 一种运行多个虚拟机的方法及系统 - Google Patents

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WO2012155555A1
WO2012155555A1 PCT/CN2012/071186 CN2012071186W WO2012155555A1 WO 2012155555 A1 WO2012155555 A1 WO 2012155555A1 CN 2012071186 W CN2012071186 W CN 2012071186W WO 2012155555 A1 WO2012155555 A1 WO 2012155555A1
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WO
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virtual machine
data
external storage
partition
storage space
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PCT/CN2012/071186
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Inventor
何平
缪敬
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中兴通讯股份有限公司
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455—Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45533—Hypervisors; Virtual machine monitors

Definitions

  • the present invention belongs to the field of computer technology, and in particular relates to a method and system for simultaneously running multiple virtual machines on a single image.
  • Virtualization is one of the key technologies and features in the field of cloud computing. Virtualization can greatly improve the efficiency of the server and reduce the cost of use.
  • the usual way to create a virtual machine is to specify an operating system for the virtual machine (such as windows x system, desktop application).
  • the image of the Linux operating system (ubuntu) or other operating system is then loaded by a virtualization platform (such as Citrix's Xen, VMvare's vSphere, etc.).
  • a virtualization platform such as Citrix's Xen, VMvare's vSphere, etc.
  • Xen, vSphere, and Microsoft's Hyper-v use this cloned image to support running multiple virtual machines. Although Xen does not limit the same image to be loaded multiple times, there are system crashes when multiple virtual machines are run after being loaded. Xen does not protect the image against the above problems during the running of the virtual machine. .
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method and system for running multiple virtual machines, which avoids the problem of file read/write conflicts when multiple virtual machines run on the same image.
  • the present invention provides a method for running multiple virtual machines, including:
  • the plurality of virtual machines load the virtual machine image, and the plurality of virtual machines perform read and write operations on files and data during system operation and software running in the readable and writable partition.
  • the data that needs to be write protected includes an operating system, or includes an operating system and other data that does not need to be changed.
  • the readable and writable partition is a virtual disk.
  • the method further includes: allocating an external storage space other than the virtual machine image to the virtual machine, and establishing a mapping relationship with the readable and writable partition.
  • different virtual machines correspond to different external storage spaces.
  • the method further comprises: performing data synchronization between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine.
  • the data is synchronized between the readable and writable partition and the external storage space of the virtual machine, including:
  • the virtual machine After the read/write operation of the file and data in the system running and the software running process is completed, the virtual machine synchronizes the file and the data into an external storage space that is in a mapping relationship with the virtual machine. .
  • performing data synchronization between the readable and writable partition and the external storage space of the virtual machine further includes:
  • the files and data stored in the external storage space of the virtual machine are synchronized into a readable and writable partition in the mirror that is mapped to the external storage space of the virtual machine.
  • the present invention also provides a system for running multiple virtual machines, including:
  • a partitioning module which is configured to: divide a virtual machine image into a read-only partition and a read-write partition.
  • the read-only partition saves data that needs to be write-protected in the virtual machine image;
  • the multi-virtual machine load module is configured to: control multiple virtual machines to load the virtual machine image;
  • the data read/write module is set to : controlling the plurality of virtual machines to read and write files and data during system operation and software running in the readable and writable partition.
  • the data that needs to be write protected includes an operating system, or includes an operating system and other data that does not need to be changed.
  • the readable and writable partition is a virtual disk.
  • the system further includes: an external storage space allocation module, configured to: allocate an external storage space other than the virtual machine image to the virtual machine, and establish a mapping relationship with the readable and writable partition.
  • an external storage space allocation module configured to: allocate an external storage space other than the virtual machine image to the virtual machine, and establish a mapping relationship with the readable and writable partition.
  • different virtual machines correspond to different external storage spaces.
  • the system further includes a data synchronization module connected to the data read/write module and the external storage space allocation module, configured to: complete between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine Data synchronization.
  • a data synchronization module connected to the data read/write module and the external storage space allocation module, configured to: complete between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine Data synchronization.
  • the data synchronization module is further configured to: complete data synchronization between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine, including: the virtual machine running on the system in a readable and writable partition After the file and data in the running process of the software are read and written, the data synchronization module synchronizes the file and the data into an external storage space that is in a mapping relationship with the virtual machine.
  • the data synchronization module is further configured to: complete data synchronization between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine, including: when the virtual machine is started, the data synchronization module saves The files and data in the external storage space of the virtual machine are synchronized into a readable and writable partition in the mirror that is mapped to the external storage space of the virtual machine.
  • the method and system for simultaneously running multiple virtual machines on a single image avoids file read/write conflicts when multiple virtual machines run on the same image, and the virtual machine is restarted. After that, data recovery from the external storage space of the virtual machine can restore the running state before the virtual machine exits, and is beneficial to subsequent migration and maintenance of the virtual machine.
  • great The storage space occupied by the virtual machine image is saved, and the update and upgrade of the virtualized server only need to be implemented for one image, and then all nodes can be synchronized, which not only saves the maintenance cost of the server and shortens the maintenance time, but also The possibility of errors during updates and upgrades can be reduced or completely avoided.
  • 1 is a flow chart of a method for running multiple virtual machines in an embodiment
  • FIG. 2 is a structural diagram of a system in which multiple virtual machines are running in an embodiment
  • Figure 3 is a process flow diagram of creating a new virtual machine in an application example
  • Figure 4 is a process flow diagram for creating multiple virtual machines in an application example
  • Figure 5 is a flow chart of data synchronization between a virtual machine and an external storage space in an application example
  • Figure 6 is a flow chart of a virtual machine data recovery process in an application example.
  • Embodiment 1 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • the virtual machine system and its soft The parts of the data operation that may be generated during the operation are separated from the image separately, leaving the same part.
  • the image is partitioned, and the operating system and the portion that does not need to be changed are divided into read-only partitions, and the other partition is used for file and data read operations generated during the running of the virtual machine, thereby avoiding multiple The read and write conflicts of files when the virtual machine runs on the same image.
  • this embodiment provides a method for running multiple virtual machines, including the following steps:
  • the data in the virtual machine image that needs to be write-protected is saved in the read-only partition, and the data of the partition can only be write-protected to ensure that the operating system installed on the mirror is not damaged.
  • Data that needs to be write-protected includes the operating system, or, including the operating system and other data that does not require changes.
  • the readable and writable partition is a virtual disk, similar to RAMDisk (RAM drive), and uses the RAMDisk mechanism.
  • the space of this partition is usually small, such as 100M, which is used to meet the temporary storage requirements of data during the running of the virtual machine.
  • S102 The plurality of virtual machines load the virtual machine image.
  • the multiple virtual machines all point to the same virtual image, and the multiple virtual machines can run on the same mirror for data read and write operations.
  • S103 The plurality of virtual machines perform read and write operations on files and data during system operation and software running in the readable and writable partition.
  • the readable and writable partition is a virtual disk, its read and write is actually similar to the RAMDisk mechanism.
  • the read and write operations of files and data during the simultaneous operation of multiple virtual machines are not There will be conflicts.
  • S104 Allocating an external storage space other than the virtual machine image to the virtual machine, and establishing a mapping relationship with the readable and writable partition;
  • the different virtual machines may be configured with different external storage spaces, for example, a host hard disk, a USB flash drive, a memory card, or even a storage device located in the network, or may be configured according to actual conditions.
  • S105 Perform data synchronization between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine.
  • the data synchronization between the readable and writable partition and the external storage space of the virtual machine includes:
  • the virtual machine After the read/write operation of the file and data in the system running and the software running process is completed, the virtual machine synchronizes the file and the data into an external storage space that is in a mapping relationship with the virtual machine. ;
  • the files and data stored in the external storage space of the virtual machine are synchronized to the readable and writable partition in the mirror that is mapped to the external storage space of the virtual machine, and restored to the virtual machine.
  • the embodiment further provides a system for running multiple virtual machines, including a partition partitioning module, a multi-virtual machine loading module, and a data reading and writing module.
  • the partitioning module is configured to divide the virtual machine image into a read-only partition and a read-write partition; wherein, the read-only partition saves data that needs to be write-protected in the virtual machine image; and the write-protection is required.
  • the data includes the operating system, or, including the operating system and other data that does not require changes.
  • the readable and writable partition is a virtual disk, similar to RAMDisk (RAM drive).
  • the space of this partition is usually small, such as 100M, which is used to meet the temporary storage requirements of the data during the running of the virtual machine.
  • the multiple virtual machine loading module is configured to control a plurality of virtual machines to load the virtual machine image; wherein, the plurality of virtual machines all point to the same virtual image, and the plurality of virtual machines can run on the same mirror to perform data Read and write operations.
  • the data reading and writing module is configured to control the plurality of virtual machines to perform read and write operations on files and data during system operation and software running in the readable and writable partition.
  • the system in this embodiment further includes: an external storage space allocation module and is connected to the data read/write module and the external storage space allocation module. Data synchronization module;
  • the external storage space allocation module is configured to allocate an external storage space other than the virtual machine image to the virtual machine, and establish a mapping relationship with the readable and writable partition.
  • the different virtual machines may have different external storage spaces, and the external storage space may include, for example, a host hard disk, a USB flash drive, a memory card, or even a storage device located on the network, or may be configured according to actual conditions.
  • the external storage space may include, for example, a host hard disk, a USB flash drive, a memory card, or even a storage device located on the network, or may be configured according to actual conditions.
  • the data synchronization module is configured to complete data synchronization between the readable and writable partition and an external storage space of the virtual machine.
  • the data synchronization module completes data synchronization by:
  • the data synchronization module synchronizes the file and the data to establish a mapping relationship with the virtual machine.
  • the data synchronization module synchronizes the file and the data to establish a mapping relationship with the virtual machine.
  • the data synchronization module synchronizes the files and data stored in the external storage space of the virtual machine into a readable and writable partition in the mirror that establishes a mapping relationship with the external storage space of the virtual machine. .
  • the present embodiment is further described in detail below by taking the virtual platform Xen and the file system tool Aufs as an example.
  • Xen supports running multiple virtual machines.
  • Xen is an open source project. You can download and download the source code from the network on the Linux system. You can also download the Xen binary installation package directly, or directly download the Linux that has integrated Xen. System, such as CentOS. The use of Xen has a lot of information on the network, so I won't go into details here.
  • the virtual machine image needs to be partitioned, and the common and unchanging parts are divided into read-only partitions, and the remaining partitions are used to save data.
  • Aufs provides a corresponding partitioning solution.
  • Aufs is an open source file system tool that provides a mechanism for partitioning images into two different partitions, one of which is a read-only partition, the operating system is mounted, and the other partition is a read-write partition for storage. Files and data during system operation and software operation. This read-write partition read and write is actually similar to the RAMDisk mechanism, and the saved data cannot be permanently saved, and it will be invalid after the system is powered down or restarted. However, it is this mechanism that avoids the problem of file read/write conflicts when multiple virtual machines run on the same image. Consider how to save user data generated during the running of a virtual machine. As mentioned above, the data to be saved is already partitioned separately.
  • the storage space other than the mirror can be the idle hard disk of the host or it can be located.
  • a storage device on the network When files or data are saved in a readable and writable partition within the image, the files or data are synchronized to the mounted external storage. Similarly, when the virtual machine is started, files or data saved in the external storage space are synchronized to the readable and writable partition in the image, and restored to the state when the virtual machine exits.
  • NFS Network File System
  • the virtual machine system image and the data used to store the virtual machine can be stored on the NFS server, which facilitates subsequent migration and maintenance of the virtual machine.
  • Xen and Aufs are taken as an example.
  • the single mirror supports multiple VMs running at the same time.
  • the process of creating a new VM The method includes the following steps: S201: A configuration file of a newly created virtual machine, including configuring, for example, a CPU, a memory, a virtual machine ID, a network MAC address, and the like;
  • S202 Allocating a separate storage space (that is, an external storage space of the virtual machine) to the virtual machine on the NFS server, where the virtual machine ID uniquely corresponds to ensure the independence of data storage;
  • S203 Create a blank image for the virtual machine, and the image size can be allocated according to actual needs. For example, if Windows XP is required to install 10G, Win7 may need 20G, and the game is installed according to the size of the game software; install the operating system on the image. , support multiple virtual machines running on this image;
  • step S201 S203 is an initialization process of the virtual machine image in the prior art, and a corresponding image is created for the virtual machine after the virtual machine is established.
  • S204 Start a virtual machine, and divide the image into a read-only and readable and writable two partitions, corresponding to the system partition and the data partition respectively;
  • step S205 The external storage space allocated in step S202 is mounted to the virtual machine as a mounting partition, and a mapping relationship with the data partition is established;
  • S206 Synchronize data between the read-write partition and the mounted partition, that is, any data storage operations generated during the subsequent virtual machine running will be synchronized to the mounted partition, such as saving, deleting, and the like. 2.
  • a single mirror supports running multiple virtual machines at the same time. The process of creating multiple virtual machines includes the following steps:
  • S301 Create a configuration file of multiple virtual machines, where the file name of the configuration file is unique, and the virtual machine ID and the network MAC address in the configuration file are also unique, so as to avoid conflict.
  • the image name in the configuration file is the same.
  • the multiple virtual machines are directed to the image generated by the new virtual machine.
  • S302 All the virtual machines created in step S301 are allocated corresponding storage spaces on the NFS server. The space uniquely corresponds to each virtual machine ID;
  • S303 The existing image file is loaded, and each virtual machine is started. In actual operations, the foregoing steps S302 and S303 can be interchanged, that is, the existing image file can be loaded first, each virtual machine is started, and then The virtual machine allocates external storage space.
  • S304 Mount the storage space allocated in step S302 to the corresponding virtual machine, mount the partition as each virtual machine, and establish a mapping relationship with the data partition.
  • S305 Synchronize data of each virtual machine readable and writable partition with its corresponding mounted partition. 3. As shown in FIG. 5, the process of synchronizing data between the virtual machine and the external storage space includes the following steps:
  • S401 The virtual machine reads and writes data in a read/write partition, such as saving, deleting, and the like;
  • the virtual machine After the data operation of the readable and writable partition is completed, the virtual machine synchronizes similar operations to the mounted partition outside the mirror to implement operations such as saving and deleting. 4. As shown in FIG. 6, the virtual machine data recovery process includes the following steps: S501: Start (restart) an existing virtual machine;
  • S502 The external storage space that is mapped to the virtual machine data partition is mounted to the virtual machine as a mount partition.
  • S503 Synchronize the data of the mounted partition to the virtual machine read/write partition, and resume the virtual machine exit. Pre-state
  • S504 The virtual machine enters a runnable state.
  • Xen and Aufs are used as examples to describe how to implement data read and write operations of multiple virtual machines running simultaneously on a single operating system image. Taking Xen and Aufs as examples here, it does not mean that the method disclosed in this embodiment can only be used in the case of Xen and Maus, but because Xen and embarks are open source projects, it is convenient to customize the code according to this embodiment. And the modification has a greater degree of freedom in implementing single-mirror multi-virtual machine support, only for the purpose of actually verifying the content of the embodiment. In fact, the method of this embodiment is equally applicable to any other virtualization platform including vSphere, Hyper-v. The methods of using Xen, Aufs, and NFS in this embodiment are prior art, and are not described here.
  • the method and system for simultaneously running multiple virtual machines on a single mirror avoid reading of files when multiple virtual machines run on the same mirror. Write conflicts. After the virtual machine is shut down and restarted, data recovery from the external storage space of the virtual machine can restore the running state before the virtual machine exits, and facilitate subsequent migration and maintenance of the virtual machine.
  • the storage space occupied by the virtual machine image is greatly saved, and the update and upgrade of the virtualized server only needs to be implemented for one image, and can be synchronized to all nodes, which not only saves the maintenance cost of the server and shortens the maintenance. Time, and can be reduced or The possibility of errors during the update and upgrade process is completely avoided.
  • the method and system for simultaneously running multiple virtual machines on a single image avoid the problem of file read and write conflicts when multiple virtual machines run on the same mirror, after the virtual machine is shut down and restarted, from the outside of the virtual machine
  • Data recovery in the storage space restores the running state before the virtual machine exits, and facilitates subsequent migration and maintenance of the virtual machine.
  • the storage space occupied by the virtual machine image is greatly saved, and the update and upgrade of the virtualized server only needs to be implemented for one image, and can be synchronized to all nodes, which not only saves the maintenance cost of the server and shortens the maintenance. Time, and can reduce or completely avoid the possibility of errors during the update and upgrade process.

Abstract

本发明公开了一种运行多个虚拟机的方法及系统，该方法包括：将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区，所述只读分区中保存所述虚拟机镜像中需要进行写保护的数据；多个虚拟机加载所述虚拟机镜像，所述多个虚拟机在所述可读写分区中对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。该系统包括：分区划分模块、多虚拟机加载模块以及数据读写模块，本发明提供的方法和系统避免了多个虚拟机运行在同一个镜像上时文件的读写冲突问题。此外，虚拟化服务器的更新和升级仅需对一个镜像实施，即可同步到所有节点，不仅节省了虚拟服务器的维护成本，缩短了维护时间，而且可以降低或者完全避免更新和升级过程中出错的可能性。

Description

一种运行多个虚拟机的方法及系统
技术领域
本发明属于计算机技术领域， 具体涉及一种在单镜像上同时运行多个虚 拟机的方法及系统。
背景技术
虚拟化是云计算领域的关键技术和特征之一。 虚拟化可极大的提升服务 器的使用效率和降低使用成本， 在虚拟化过程中， 创建虚拟机的通常做法是 为虚拟机指定一个安装了操作系统（比如 windows x 系统、 以桌面应用为主 的 Linux操作系统（ubuntu )或者其他操作系统） 的镜像， 然后通过虚拟化平 台 （比如 Citrix的 Xen、 VMvare的 vSphere等）进行加载。 在同一个物理主 机（宿主机）上运行多个功能完全一样的虚拟机时， 通过克隆的方式从已有 的镜像生成多个相互独立的镜像， 从而达到运行多个虚拟机的目的。 这种克 隆镜像的方式会造成两大后果： 一是对于大规模的虚拟化节点 （虚拟化服务 器）， 将存在多个克隆的镜像， 比如一台物理主机上运行了 10个虚拟机， 假 设每个虚拟机镜像为 4GB, 将需要 40GB的存储空间， 假如整个云中有 1000 台这样的物理主机， 存储设备的开销将变得非常庞大； 二是不利于虚拟机操 作系统及其上运行的软件的更新和升级，如果对上述 1000台服务器的无数虚 拟机进行同步更新和升级将会极大地浪费人力和物力。
目前， Xen、 vSphere和微软的 Hyper-v都是釆用这种克隆镜像的方式支 持运行多个虚拟机。 尽管 Xen对同一个镜像被多次加载并没有限制， 但被加 载后运行的多个虚拟机会存在系统崩溃的问题， 而 Xen在虚拟机运行过程中 并不会针对上述问题对镜像做相应的保护。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种运行多个虚拟机的方法及系统， 避免了多个虚拟机运行在同一个镜像上时文件的读写冲突问题。 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种运行多个虚拟机的方法， 包 括：
将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区， 所述只读分区中保存所述 虚拟机镜像中需要进行写保护的数据；
多个虚拟机加载所述虚拟机镜像， 所述多个虚拟机在所述可读写分区中 对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。
优选地， 所述需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系 统和其他不需要变更的数据。
优选地， 所述可读写分区为虚拟磁盘。
优选地， 所述方法还包括： 为所述虚拟机分配所述虚拟机镜像之外的外 部存储空间， 并与所述可读写分区建立映射关系。
优选地， 不同的虚拟机对应不同的外部存储空间。
优选地， 所述方法还包括： 所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空 间之间进行数据同步。
优选地， 所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同 步， 包括：
所述虚拟机在可读写分区对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据 进行读写操作完成之后， 将所述文件和数据同步到与所述虚拟机建立映射关 系的外部存储空间内。
优选地， 所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同 步还包括：
所述虚拟机启动时， 将保存在所述虚拟机的外部存储空间中的文件和数 据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关系的可读写分区 内。
为了解决上述技术问题， 本发明还提供了一种运行多个虚拟机的系统， 包括：
分区划分模块， 其设置为： 将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区， 所述只读分区中保存所述虚拟机镜像中需要进行写保护的数据； 多虚拟机加载模块， 其设置为： 控制多个虚拟机加载所述虚拟机镜像； 数据读写模块， 其设置为： 控制所述多个虚拟机在所述可读写分区中对 其系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。
优选地， 所述需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系 统和其他不需要变更的数据。
优选地， 所述可读写分区为虚拟磁盘。
优选地， 所述系统还包括： 外部存储空间分配模块， 设置为： 为所述虚 拟机分配所述虚拟机镜像之外的外部存储空间， 并与所述可读写分区建立映 射关系。
优选地， 不同的虚拟机对应不同的外部存储空间。
优选地， 所述系统还包括与所述数据读写模块和所述外部存储空间分配 模块相连的数据同步模块， 设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟机的外 部存储空间之间的数据同步。
优选地， 所述数据同步模块还设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟 机的外部存储空间之间的数据同步， 包括： 所述虚拟机在可读写分区对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据 进行读写操作完成之后， 所述数据同步模块将所述文件和数据同步到与所述 虚拟机建立映射关系的外部存储空间内。
优选地， 所述数据同步模块还设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟 机的外部存储空间之间的数据同步， 包括： 所述虚拟机启动时， 所述数据同步模块将保存在所述虚拟机的外部存储 空间中的文件和数据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关 系的可读写分区内。
与现有技术相比， 本发明提供的在单镜像上同时运行多个虚拟机的方法 及系统避免了多个虚拟机运行在同一个镜像上时文件的读写冲突问题， 在虚 拟机关闭重启之后， 从虚拟机的外部存储空间中进行数据恢复， 即可恢复虚 拟机退出前的运行状态， 而且有利于虚拟机后续的迁移和维护。 此外， 极大 地节省了虚拟机镜像所占用的存储空间， 同时虚拟化服务器的更新和升级仅 仅需要对一个镜像实施， 即可同步到所有的节点， 这不但节省了服务器的维 护成本和缩短了维护时间， 而且可以降低或者完全避免更新和升级过程中出 错的可能性。
附图概述
图 1 是实施例中运行多个虚拟机的方法流程图；
图 2 是实施例中运行多个虚拟机的系统结构图；
图 3 是一个应用示例中新建虚拟机的过程流程图；
图 4 是一个应用示例中创建多个虚拟机的过程流程图；
图 5 是一个应用示例中虚拟机与外部存储空间进行数据同步的流程图； 图 6是一个应用示例中虚拟机数据恢复过程流程图。
本发明的较佳实施方式
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下文中将结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。 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任意组合。
实施例一：
尽管 Xen对同一个镜像被多次加载并没有限制， 但被加载后运行的多个 虚拟机会存在系统崩溃的问题， 原因在于这些同时运行的虚拟机都可以往这 个被加载的镜像中写入文件， 引起文件读写冲突， 进而导致文件系统被破坏， 运行中的虚拟机随即崩溃。 单镜像支持多虚拟机的文件读写冲突大致存在两种情况： 一是虚拟机运 行过程中产生的系统日志等系统类文件， 二是虚拟机上运行的软件所产生的 诸如数据存储、 用户设置等等。 要实现同一个镜像上同时运行多个虚拟机， 需要虚拟机各自保存其系统运行和软件运行过程中的文件和数据到不同的存 储空间， 但是共享操作系统和其上运行的软件。 即， 将虚拟机系统和其上软 件运行过程中可能产生数据操作的部分单独从镜像中分离出来， 保留不变的 部分。 本实施例中， 对镜像进行分区划分， 将操作系统和无需改变的部分划 分为只读写分区， 另一分区用于上述虚拟机运行过程中产生的文件和数据读 取操作， 避免了多个虚拟机运行在同一个镜像上时文件的读写冲突问题。
如图 1所示， 本实施例提供了一种运行多个虚拟机的方法， 包括以下步 骤：
S101 : 在虚拟平台上， 比如 vSphere或者 Xen, 将虚拟机镜像划分为只读 分区和可读写分区；
其中， 所述只读分区中保存所述虚拟机镜像中需要进行写保护的数据， 对该分区的数据只能进行写保护操作， 以保证镜像上所安装的操作系统不会 被破坏， 所述需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系统和 其他不需要变更的数据。
所述可读写分区为虚拟磁盘， 类似于 RAMDisk ( RAM驱动器） ， 釆用 RAMDisk机制， 这个分区的空间通常比较小， 比如 100M, 用于满足虚拟机 运行过程中的数据的临时存储需求。
S102: 多个虚拟机加载所述虚拟机镜像；
其中， 多个虚拟机均指向同一个虚拟镜像， 所述多个虚拟机可以运行在 同一个镜像上进行数据读写操作。
S103: 所述多个虚拟机在所述可读写分区中对其系统运行和软件运行过 程中的文件和数据进行读写操作。
由于这个可读写分区为虚拟磁盘， 其读写实际上类似 RAMDisk的机制， 在一段内存区域（该可读写分区） 中， 多个虚拟机同时运行过程中的文件和 数据的读写操作不会发生冲突。
也正因为这样，该可读写分区保存的数据与 RAMDisk类似，无法永久保 存的， 在系统掉电或者重启后失效。 所以， 为了实现真正的数据保存， 使虚 拟机重启后数据依然有效， 本实施例还包括以下步骤：
S104: 为所述虚拟机分配所述虚拟机镜像之外的外部存储空间， 并与所 述可读写分区建立映射关系； 其中， 不同的虚拟机对应不同的外部存储空间， 所述外部存储空间可以 包括： 比如， 宿主机硬盘、 U盘、 存储卡， 甚至是位于网络的存储设备， 或 者可根据实际情况进行配置。
S 105：所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同步。 其中，所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同步， 包括：
所述虚拟机在可读写分区对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据 进行读写操作完成之后， 将所述文件和数据同步到与所述虚拟机建立映射关 系的外部存储空间内；
所述虚拟机启动时， 将保存在所述虚拟机的外部存储空间中的文件和数 据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关系的可读写分区 内， 恢复到虚拟机退出时的状态。
这样， 在虚拟机关闭重启之后， 从虚拟机的外部存储空间中进行数据恢 复， 即可恢复虚拟机退出前的运行状态。
此外， 如图 2所示， 本实施例还提供了一种运行多个虚拟机的系统包括 依次相连的分区划分模块、 多虚拟机加载模块和数据读写模块， 其中：
所述分区划分模块， 用于将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区； 其中， 只读分区中保存所述虚拟机镜像中需要进行写保护的数据； 所述 需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系统和其他不需要变 更的数据。
其中， 可读写分区为虚拟磁盘， 类似于 RAMDisk ( RAM驱动器） ， 这 个分区的空间通常比较小， 比如 100M,用于满足虚拟机运行过程中的数据的 临时存储需求。
所述多虚拟机加载模块， 用于控制多个虚拟机加载所述虚拟机镜像； 其中， 多个虚拟机均指向同一个虚拟镜像， 所述多个虚拟机可以运行在 同一个镜像上进行数据读写操作。 所述数据读写模块， 用于控制所述多个虚拟机在所述可读写分区中对其 系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。
此外， 为了实现真正的数据保存， 使虚拟机重启后数据依然有效， 本实 施例中所述系统还包括： 外部存储空间分配模块以及与所述数据读写模块和 所述外部存储空间分配模块相连的数据同步模块；
其中， 所述外部存储空间分配模块， 用于为所述虚拟机分配所述虚拟机 镜像之外的外部存储空间， 并与所述可读写分区建立映射关系。
其中， 不同的虚拟机对应不同的外部存储空间， 所述外部存储空间可以 包括： 比如， 宿主机硬盘、 U盘、 存储卡， 甚至是位于网络的存储设备， 或 者可根据实际情况进行配置。
所述数据同步模块， 用于完成所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储 空间之间的数据同步。
作为优选的方式， 所述数据同步模块完成数据同步的方式有：
所述虚拟机在可读写分区对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据 进行读写操作完成之后， 所述数据同步模块将所述文件和数据同步到与所述 虚拟机建立映射关系的外部存储空间内。
所述虚拟机启动时， 所述数据同步模块将保存在所述虚拟机的外部存储 空间中的文件和数据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关 系的可读写分区内。
在一个应用示例中， 为了便于对上述实施例中的方法进行更具体和更详 细的说明，下面以虚拟平台 Xen和文件系统工具 Aufs为例对本实施例进一步 详细描述。
Xen作为虚拟平台， 支持运行多个虚拟机， Xen是开源项目， 从网络上 可以下载源码在 linux系统上编译和安装，也可以下载 Xen的二进制安装包直 接安装， 或者直接下载已经集成 Xen的 linux系统， 比如 CentOS。 Xen的使 用方法在网络上有大量的资料可以参考， 这里不再赘述。 为了将 Xen虚拟机系统和其上软件运行过程中可能产生数据操作的部分 单独从镜像中分离出来， 保留不变的部分。 按照本发明的思路， 需要对虚拟 机镜像进行分区划分， 将通用和无需改变的部分划分为只读写分区， 其余分 区用于保存数据， Aufs提供了相应划分分区的解决办法。 Aufs是个开源的文件系统工具， 提供了这样一种机制： 可以将镜像划分 成两个不同的分区， 其中一个是只读分区， 挂载操作系统， 另一个分区是可 读写分区， 用来存放系统运行和软件运行过程中的文件和数据。 这个可读写 分区读写实际上类似 RAMDisk的机制，其保存的数据是无法永久保存的，在 系统掉电或者重启后失效。 但也正是这种机制， 避免了多个虚拟机运行在同 一个镜像上时文件的读写冲突问题。 考虑到如何保存虚拟机运行过程中所产生的用户数据。 如上所述， 需要 保存的数据已经单独分区， 现在只需要挂载一个镜像之外的存储空间并映射 到该分区即可， 镜像之外的存储空间可以是宿主机的空闲硬盘， 也可以是位 于网络上的存储设备。 当文件或数据保存在镜像内的可读写分区后， 这些文 件或数据将会被同步到挂载的外部存储空间。 同理， 虚拟机启动时， 保存在 外部存储空间的文件或数据会被同步到镜像内的可读写分区内， 恢复到虚拟 机退出时的状态。 此外， 在虚拟化服务器运营的过程中， 为了提供不间断的业务支持， 虚 拟机需要实现在各物理机间的迁移， 网络文件系统（Network File System, 简 称 NFS )服务器是必不可少的。 虚拟机系统镜像和用于存储虚拟机保存的数 据可以都存放在 NFS服务器上， 这样有利于虚拟机后续的迁移和维护。 在一个应用示例中， 以 Xen和 Aufs为例， 如图 2~5所示， 单镜像支持同 时运行多个虚拟机主要涉及以下几个方面： 一、 如图 3所示， 新建虚拟机的过程包括以下步骤： S201 : 新建虚拟机的配置文件， 包括对诸如 CPU、 内存、 虚拟机 ID、 网 络 MAC地址等进行配置；
S202: 在 NFS服务器上为该虚拟机分配一个独立的存储空间 （即虚拟机 的外部存储空间） ， 其与虚拟机 ID唯一对应， 以保证数据存储的独立性； S203: 为该虚拟机创建一个空白的镜像，镜像大小可根据实际需要分配， 例如， 如果安装 Windows XP需要 10G, Win7可能需要 20G, 安装游戏要按 游戏软件的大小； 在该镜像上安装操作系统， 支持多个虚拟机在这个镜像上 运行；
上述步骤 S201 S203是现有技术中虚拟机镜像的初始化过程， 在虚拟机 建立后均会为虚拟机建立相应的镜像。
S204: 启动虚拟机， 将所述镜像划分为只读和可读写两个分区， 分别对 应于系统分区和数据分区；
S205: 将步骤 S202中分配的外部存储空间挂载到该虚拟机，作为挂载分 区， 并建立与上述数据分区的映射关系；
S206: 实现可读写分区和挂载分区之间的数据同步， 即， 后续虚拟机运 行过程中产生的任何数据存储操作都将被同步到挂载分区，比如文件的保存、 删除等。 二、 如图 4所示， 单镜像支持同时运行多个虚拟机， 创建多个虚拟机的 过程包括以下步骤：
S301 : 创建多个虚拟机的配置文件， 该配置文件的文件名具有唯一性， 该配置文件中的虚拟机 ID、 网络 MAC地址也具有唯一性， 以免造成冲突。 但配置文件中的镜像名称是一致的， 多个虚拟机均指向上述新建虚拟机生成 的镜像； S302: 为步骤 S301中创建的多个虚拟机分别在 NFS服务器上分配相应 的存储空间， 各个存储空间与各虚拟机 ID唯一对应；
S303: 加载已有的镜像文件， 启动各虚拟机； 在实际操作中， 上述步骤 S302和 S303可以互换顺序， 即， 也可以先加 载已有的镜像文件， 启动各虚拟机， 然后再为各个虚拟机分配外部存储空间。 S304: 将步骤 S302中所分配的存储空间分别挂载到对应的虚拟机上，作 为各虚拟机挂载分区， 并建立与上述数据分区的映射关系；
S305： 实现各虚拟机可读写分区与其对应挂载分区的数据同步。 三、 如图 5所示， 虚拟机与外部存储空间进行数据同步的过程包括以下 步骤：
S401 : 虚拟机在可读写分区进行数据读写操作， 比如保存、 删除等；
S402: 虚拟机在可读写分区的数据操作完成之后， 同步类似操作到镜像 外的挂载分区， 实现保存、 删除等操作； 四、 如图 6所示， 虚拟机数据恢复过程包括以下步骤： S501 : 启动 （重启） 已有虚拟机；
S502: 将与该虚拟机数据分区建立了映射关系的外部存储空间挂载到该 虚拟机， 作为挂载分区； S503 : 将挂载分区的数据同步到虚拟机可读写分区， 恢复虚拟机退出前 的状态；
S504: 虚拟机进入可运行状态。 上述应用示例中， 以 Xen和 Aufs为例， 详细描述了如何实现在单一操作 系统镜像上同时运行多个虚拟机的数据读写操作。 这里以 Xen和 Aufs为例， 并非表示本实施例所公布的方法只能用于 Xen和 Aufs的情况， 而是因为 Xen 和 Aufs是开源项目， 可以很方便地根据本实施例所需进行代码定制和修改， 在实现单镜像多虚拟机支持时有较大的自由度， 仅仅是为了达到对本实施例 内容进行实际验证的目的。 实际上， 本实施例的方法同样可适用于包括 vSphere, Hyper-v在内的其他任何虚拟化平台。 本实施例中所涉及到的 Xen、 Aufs和 NFS的使用方法为现有技术， 这里不再赘述。
从上述实施例可以看出， 相对于现有技术， 上述实施例中提供的在单镜 像上同时运行多个虚拟机的方法及系统避免了多个虚拟机运行在同一个镜像 上时文件的读写冲突问题， 在虚拟机关闭重启之后， 从虚拟机的外部存储空 间中进行数据恢复， 即可恢复虚拟机退出前的运行状态， 而且有利于虚拟机 后续的迁移和维护。 此外， 极大地节省了虚拟机镜像所占用的存储空间， 同 时虚拟化服务器的更新和升级仅仅需要对一个镜像实施， 即可同步到所有的 节点， 这不但节省了服务器的维护成本和缩短了维护时间， 而且可以降低或 者完全避免更新和升级过程中出错的可能性。 本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序 来指令相关硬件完成， 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中， 如只读 存储器、 磁盘或光盘等。 可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用 一个或多个集成电路来实现。 相应地， 上述实施例中的各模块 /单元可以釆用 硬件的形式实现， 也可以釆用软件功能模块的形式实现。 本发明不限制于任 何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范 围。 根据本发明的发明内容， 还可有其他多种实施例， 在不背离本发明精神 改变和变形， 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。
工业实用性
本发明提供的在单镜像上同时运行多个虚拟机的方法及系统避免了多个 虚拟机运行在同一个镜像上时文件的读写冲突问题，在虚拟机关闭重启之后， 从虚拟机的外部存储空间中进行数据恢复， 即可恢复虚拟机退出前的运行状 态， 而且有利于虚拟机后续的迁移和维护。 此外， 极大地节省了虚拟机镜像 所占用的存储空间， 同时虚拟化服务器的更新和升级仅仅需要对一个镜像实 施， 即可同步到所有的节点， 这不但节省了服务器的维护成本和缩短了维护 时间， 而且可以降低或者完全避免更新和升级过程中出错的可能性。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种运行多个虚拟机的方法， 包括：
将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区， 所述只读分区中保存所述 虚拟机镜像中需要进行写保护的数据；
多个虚拟机加载所述虚拟机镜像， 所述多个虚拟机在所述可读写分区中 对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。
2、 如权利要求 1所述的方法， 其中，
所述需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系统和其他 不需要变更的数据。
3、 如权利要求 1所述的方法， 其中，
所述可读写分区为虚拟磁盘。
4、 如权利要求 1或 3所述的方法， 其中，
所述方法还包括： 为所述虚拟机分配所述虚拟机镜像之外的外部存储空 间， 并与所述可读写分区建立映射关系。
5、 如权利要求 4所述的方法， 其中，
不同的虚拟机对应不同的外部存储空间。
6、 如权利要求 4所述的方法， 其中，
所述方法还包括： 所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进 行数据同步。
7、 如权利要求 6所述的方法， 其中，
所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同步，包括： 所述虚拟机在可读写分区对其系统运行和软件运行过程中的文件和数据 进行读写操作完成之后， 将所述文件和数据同步到与所述虚拟机建立映射关 系的外部存储空间内。
8、 如权利要求 7所述的方法， 其中，
所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空间之间进行数据同步还包 括：
所述虚拟机启动时， 将保存在所述虚拟机的外部存储空间中的文件和数 据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关系的可读写分区 内。
9、 一种运行多个虚拟机的系统， 包括：
分区划分模块， 其设置为： 将虚拟机镜像划分为只读分区和可读写分区， 所述只读分区中保存所述虚拟机镜像中需要进行写保护的数据；
多虚拟机加载模块， 其设置为： 控制多个虚拟机加载所述虚拟机镜像； 数据读写模块， 其设置为： 控制所述多个虚拟机在所述可读写分区中对 所述系统运行和软件运行过程中的文件和数据进行读写操作。
10、 如权利要求 9所述的系统， 其中，
所述需要进行写保护的数据包括操作系统， 或者， 包括操作系统和其他 不需要变更的数据。
11、 如权利要求 9所述的系统， 其中，
所述可读写分区为虚拟磁盘。
12、 如权利要求 9或 11所述的系统， 其中，
所述系统还包括： 外部存储空间分配模块， 设置为： 为所述虚拟机分配 所述虚拟机镜像之外的外部存储空间， 并与所述可读写分区建立映射关系。
13、 如权利要求 12所述的系统， 其中，
不同的虚拟机对应不同的外部存储空间。
14、 如权利要求 12所述的系统， 其中，
所述系统还包括与所述数据读写模块和所述外部存储空间分配模块相连 的数据同步模块， 设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟机的外部存储空 间之间的数据同步。
15、 如权利要求 14所述的系统， 其中，
所述数据同步模块还设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟机的外部 存储空间之间的数据同步， 包括： 所述虚拟机在可读写分区对所述系统运行和软件运行过程中的文件和数 据进行读写操作完成之后， 所述数据同步模块将所述文件和数据同步到与所 述虚拟机建立映射关系的外部存储空间内。
16、 如权利要求 14所述的系统， 其中，
所述数据同步模块还设置为： 完成所述可读写分区与所述虚拟机的外部 存储空间之间的数据同步， 包括：
所述虚拟机启动时， 所述数据同步模块将保存在所述虚拟机的外部存储 空间中的文件和数据同步到镜像内与所述虚拟机的外部存储空间建立映射关 系的可读写分区内。
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