[发明专利]一种基于CPU的快速虚拟机热迁移方法

说明书

本发明公开了一种基于CPU的快速虚拟机热迁移方法，其步骤包括：步骤S1：在KVM虚拟机监控程序在分配第二阶段页表时，分配对4K页长度和非4K页长度的指针；步骤S2：对第二阶段翻译页表进行动态页长度更新，若为非4K页长度页表时，将非4K页长度指针的有效页表指针指向4K页长度的指针；步骤S3：当切入到VCPU进程时，进行寄存器vttbr_el2状态更新。本发明具有原理简单、可大幅降低内存传输量，可大幅缩短热迁移完成时间和服务中断时间等优点。

技术领域

本发明主要涉及到服务器虚拟化技术领域，特指一种基于CPU的快速虚拟机热迁移方法。

背景技术

服务器虚拟化技术是当前的热点，而KVM虚拟机的热迁移技术则是虚拟化技术当中的热点。热迁移，又叫动态迁移、实时迁移，即虚拟机状态保存 /状态 恢复 ：将整个虚拟机的运行状态完整保存下来，同时可以快速的恢复到原有硬件平台，甚至是不同硬件平台上。恢复以后，虚拟机仍旧平滑运行，用户不会察觉到任何差异。虚拟机热迁移可以满足数据中心的实现容错、负载均衡、系统硬件维护等功能需求。

衡量KVM虚拟机热迁移效率的重要指标是：热迁移完成时间和服务中断时间，热迁移完成时间包含了服务中断时间，这两个时间指标越短，KVM虚拟机热迁移效率越高。其中，热迁移完成时间是指从迁移管理进程启动迁移开始到目标虚拟机启动工作之间的时间；服务中断时间是指源虚拟机停止工作到目标虚拟机启动工作之间的时间间隔。

KVM虚拟机热迁移的效果要确保在源虚拟机完全停止工作时的磁盘文件数据、内存数据和虚拟机CPU状态，和目标虚拟机启动工作时的完全一致。

在进行磁盘状态数据迁移时，大多数采用源虚拟机和目标虚拟机之间基于网络的共享文件存储方式实现；基于这种实现方式，磁盘状态数据就不需要进行传输。针对具体虚拟机而言，虚拟机CPU状态数据是一个固定长度的数据结构；由于虚拟机CPU状态数据量非常小而且数据量是固定的，虚拟机CPU状态数据采用直接复制传输方式。

KVM虚拟机的内存长度一般都有GB以上，一些虚拟机10GB甚至几十GB；因此内存数据的同步和传输技术是影响KVM虚拟机之间热迁移性能的主要优化技术。当前KVM虚拟机热迁移的研究也主要集中在虚拟机内存数据同步和传输方面。主要技术方案有三类：

1）传输优化技术，主要提高内存数据从源端到目的端的传输吞吐率，特别是网络传输吞吐率。例如并行压缩传输技术方案，先将内存数据在源端进行并行压缩，经过网络传输后在目的端进行并行解压，这主要用于跨服务器硬件平台的KVM虚拟机热迁方案。

2）内存数据预先传输技术。该方案在源虚拟机停止工作之前，就启动内存数据传输；当源虚拟机停止工作后，只需要最后一次传输少量的内存数据。

3）减小内存传输量。基于虚拟机物理内存并不完全是有效数据，没有映射的内存块、只读内存块、甚至可读写的未脏内存块，这些内存块要么不包含有效数据，要么数据已经全部在磁盘文件中保存了，因此这些内存块是没有必要进行额外传输的。

上面三种技术方案相互不冲突，因此KVM虚拟机热迁移中可以同时使用，其中内存数据预先传输技术和减小内存传输量技术，这两类技术结合比较紧密。

对于CPU而言，例如FT-2000+/64和S2500等服务器系列CPU，遵循ARMv8体系结构，支持CPU虚拟化、内存虚拟化、中断虚拟化等硬件级虚拟化技术，从而更好地实现KVM虚拟机。

传统采用的方式是内存虚拟化技术，参见图4所示，即采用了两阶段翻译机制来支持内存虚拟化：第一级是客户虚拟地址翻译成客户机物理地址（又称为中间物理地址）；第二级是KVM进程虚拟地址内的虚拟机内存地址翻译成真实物理地址（又称为主机内存地址）。用于第一阶段翻译的页表是由虚拟机操作系统进行管理；用于第二阶段翻译的页表由虚拟机监控程序KVM管理。