[发明专利]虚拟机全系统在线迁移方法、装置与系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机科学虚拟化技术领域，特别地，涉及一种虚拟机全系统在线迁移方法、装置与系统。

背景技术

虚拟机迁移通常是指将一台主机，例如，源主机上运行的虚拟机迁移到另一台主机，例如，目标主机上运行。为了达到这个目的，需要将虚拟机的运行状态从源主机传输到目标主机，然后再在目标主机上恢复虚拟机的运行。在线迁移是指在整个迁移过程中，虚拟机的暂停时间非常短暂，虚拟机上运行的服务始终能够响应用户的请求，这种迁移也称为热迁移。

现阶段的虚拟机迁移通常仅限于局域网络内部，如Xen和VMWare等均基于虚拟机镜像文件的共享，目前大部分虚拟机迁移的研究都只关注源主机和目标主机共享磁盘存储的情况。在这种情形下，只需要迁移虚拟机的内存和CPU状态，这种迁移方案只能解决同一个局域网内的虚拟机动态管理问题。

随着虚拟机计算环境的发展与普及，单一局域网管理的机器数量和网络环境将限制虚拟计算环境的可扩展性，当这些机器上的虚拟机需要进行跨域迁移时，通常本地磁盘数据也必须传输到目标主机，这种包括外存数据在内的虚拟机迁移称为全系统迁移。全系统在线迁移则是指迁移过程中虚拟机不需要关闭，并且只有短暂的暂停时间的全系统迁移。

目前支持全系统迁移的虚拟化产品主要有红帽子公司的KVM和VMware公司的vsphere。KVM的全系统迁移主要使用“块迁移”（Block Migration）技术，其主要原理是：如果被迁移的虚拟机使用了磁盘分区位存储设备，则先把磁盘分区转换成镜像文件再拷贝到目标主机；在目标主机恢复虚拟机时，把镜像文件恢复到目标主机的磁盘分区中去。对于虚拟机系统使用了多个磁盘分区的，需要每个分区单独转换成镜像文件，然后再进行迁移。在进行全系统迁移时，先进行存储数据的块迁移，在块迁移完毕后保存内存，然后暂停虚拟机，并传输所有还没有传输的数据块；在迁移完成后再释放资源。

VMware公司的vsphere支持的迁移方式一共有三种，包括在线的虚拟机迁移（vMotion）、在线的存储迁移和离线的主机与存储迁移。在需要在线的全系统迁移时，可以先进行存储迁移之后，再进行计算迁移。但vsphere目前只支持离线的全系统迁移，即迁移时虚拟机是处于关机状态，并不支持真正的在线全系统迁移。

北京大学张彬彬等人在《虚拟机全系统在线迁移》一文中提出的全系统迁移方法，在虚拟机恢复运行上作了很大的改进，主要原理是在脏数据块（即，增量数据）还没完全传输完毕前就进行虚拟机的恢复运行，并截获被迁移虚拟机的写操作，若要读取一个脏数据块，则从源主机的存储上拉取数据块，并优先传送，而其他外存脏数据块则是按序向目标主机推送。该改进方法有效降低了迁移过程中的停机时间，特别是在外存数据远远大于内存数据的时候能表现出较佳的性能，并且作者对外存迁移（即虚拟机的存储迁移）进行了实际验证，但对于内存数据的迁移部分，并没有作具体的阐述。

虽然这些全系统迁移能在一些场景下很好地完成虚拟机的迁移需求，但理想的全系统在线迁移应该最小化暂停时间，尽可能降低迁移总时间和迁移数据量，并降低性能代价。此外还应该保证迁移过程不会造成对源主机的长期依赖，并且保证迁移过程对客户操作系统透明，而以上方法虽各有优点，但仍存在以下问题：

（1）VMware的vsphere产品虽然分别支持在线的虚拟机迁移（vMotion）和在线的存储迁移，但两种迁移机制的简单组合会造成两次虚拟机的停机，即虚拟机迁移时有一次停机，存储迁移时还有一次停机，这对虚拟机上的服务将造成较大的影响。此外，由于虚拟机CPU对操作系统所在磁盘访问时延的要求较高，尤其在跨域的环境下，虚拟机能否进行在线存储迁移还受到网络环境的制约，由此也可能造成全系统迁移无法进行。

（2）KVM的块迁移技术虽然实现了虚拟机的在线全系统迁移，但在完成虚拟机磁盘镜像的迁移后，进行停机迁移磁盘增量数据、虚拟机系统内存和CPU状态等延长了迁移造成的中断时间，在迁移性能上打了折扣。

（3）北京大学张彬彬等人在《虚拟机全系统在线迁移》一文中提出的全系统迁移方法虽然在虚拟机恢复运行上作了很大的改进，有效降低了迁移过程中的停机时间，特别是在外存数据远远大于内存数据的时候能表现出较佳的性能，但其仍没有对KVM中存在的传输方式带来的时延问题提供合适的解决方法，而且，由于该方式是边启动虚拟机在目的物理机上的运行边从源物理主机迁移数据，造成某些业务的数据即存在于源物理主机又存在于目标物理主机，因此导致对某些业务的响应延迟。