[发明专利]基于分布式文件系统的虚拟机迁移方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及技术虚拟机迁移技术，尤其涉及一种基于分布式文件系统的虚拟机迁移方法和装置。

背景技术

针对大规模计算处理平台，为了解决其广域分布的物理资源层的动态性和异构性，聚合并组织各种各样的计算资源、数据资源及软件资源，多采用虚拟机技术来屏蔽硬件的异构性对上层软件的影响；同时采用虚拟机还具有隔离软件的作用，部署在同一个物理主机上不同虚拟机里的软件可以相互没有影响地运行。同时，现有数据中心平台中，为了统一管理、维护及共享的需求，虚拟机的镜像由分布式文件系统管理，存放于分布式文件系统的一个或多个存储设备中，虚拟机的内存则运行于一台服务器即主机中。虚拟机启动后对其镜像文件的访问，需要通过调用分布式文件系统的接口来远程请求数据。

其中，在分布式文件系统下，维护者可以任意添加文件服务器或修改文件位置，用户可以在多个不同的点上访问数据；同时，分布式文件系统可以进行文件的垃圾回收或者重新组织文件的分布以改善系统的负载均衡，能根据数据量的增长提供无缝的、不停机的容量扩充。相比传统文件系统，分布式文件系统有良好的性能、可伸缩性、可靠性以及可用性。其中，分布式文件系统GFS、HDFS等均采用主机(master)、从机(slave)的设计，主机用来做集中式的文件管理，维护文件系统所有的元数据，包括名字空间、访问控制信息和文件到数据块的映射信息，以及数据块当前所在的位置；从机真正作为数据的存储服务器，负责处理客户端对文件的读写访问。而虚拟机技术的实现，为上层应用程序提供了很好的透明性支持，优化了资源利用率，提高了资源使用的灵活性和可扩展性，增强了系统的安全性和可用性，例如当前常见的虚拟机软件有威睿虚拟系统软件VMWare、基于内核的虚拟机kvm以及虚拟机监控器xen等。此外，为了应对硬件或软件资源的故障、设备停机维修，或资源的负载均衡等问题，虚拟机的在线迁移技术变得非常重要。虚拟机在线迁移主要是指，当服务器或数据中心发生异常时，其工作负载可以自动转移到正常运行的服务器上；当服务器需要维护时，可以把运行其上的虚拟机迁移到有空闲计算资源的服务器上，维护结束服务器恢复运行后把虚拟机迁移回原服务器，整个过程不会中断，从而保持了业务连续性；在线迁移还可以支持IT管理在数据中心服务器之间实现负载均衡，避免出现部分过载情况，实现服务器的整合；在线迁移还可以用于实现灾难恢复，因为虚拟机可以在不同站点间自由移动，在主本虚拟机因故障宕机后，远程站点的副本虚拟机接管业务来实现容灾。

目前在线迁移机制都要求宿主机之间采用存储区域网络(storage area network，SAN)，网络接入存储(network-attached storage，NAS)等集中式共享外存设备，因而在迁移时只需要考虑操作系统内存执行状态的迁移。虚拟内存在线迁移都采用预拷贝(pre-copy)的策略，基本机制如下：迁移开始之后，源主机的虚拟机仍在运行，目的主机的虚拟机尚未启动。迁移通过一个循环，将源主机的虚拟机的内存数据发送至目的主机。循环第一轮发送所有内存页数据，接下来的每一轮循环发送上一轮预拷贝过程中被源主机的虚拟机写过的脏页内存(dirty pages)，直到脏页内存减少到一定值，预拷贝循环结束，进入停机拷贝阶段，源主机被挂起，不再有内存更新。最后一轮循环中的脏页内存被传输至目的主机，虚拟机内存迁移完成，目的主机就可以启动虚拟机。预拷贝机制极大的减少了停机拷贝阶段需要传输的内存数据量，从而将停机时间大大缩小。

但是，当单位时间内虚拟机新增长的内存量大于当前可用的网络带宽时，虚拟机无法将该部分内存传输到目的主机上；若该条件在一段时间内持续发生，则虚拟机因待迁移的内存无法收敛导致迁移失败。在密集型的数据处理场景中，该条件由于网络资源的大量占用会时常发生：同一服务器上的多个虚拟机同时进行数据的读写操作，这导致网络资源的长时间大量占用，当前可用的网络带宽过低，如果此时有虚拟机迁移的需要，则会因迁移条件无法满足造成虚拟机的迁移无法完成。

现有系统中为解决迁移无法完成，通常采用以下方法：

(1)数据传输与任务执行使用不同的网络，使得密集的数据传输不会影响任务的正常执行。这种解决方案带来了环境建设的开销，特别是平台为了高可用需求而采用网络冗余机制，需要额外2套网络。

(2)先将虚拟机停机再迁移，这种机制无需迁移内存，只需在目的主机配置并重新启动该虚拟机即可。这种机制带来了一定的宕机时间，特别是在虚拟机应用于服务或进行数据传输时，无法满足用户需要。