[发明专利]pNFS系统支持海量虚拟机在线启动运行的方法

说明书

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，特别涉及一种pNFS系统支持海量虚 拟机在线启动运行的方法。

背景技术

近年来，随着计算机与互联网技术的飞速发展，各种各样的IT资 源日趋庞大，大量的物理资源，包括计算资源、服务资源、软件资源 以及海量的数据资源通过网络聚合起来。如何有效地利用这些物理资 源、提高资源的有效利用率却一直困扰着资源所有者。为了满足各类 复杂应用日益增长的对于大规模计算能力的需求，如何在这些物理资 源上按照用户的需求来为用户快速构建满足要求的虚拟计算环境，提 高资源综合利用率，就自然地成为当前急需解决的一个重要问题。

本世纪初迅速兴起了一种新的商业计算模型——“云计算(Cloud Computing)”。它将海量的计算机通过网络互连构成一个庞大的资源池， 通过特定的软件系统来管理这些资源，为用户提供按需使用、按使付 费的高可扩展服务。全球IT巨头微软提出的云计算参考架构图由资源 层、虚拟化层、管理层和服务层四部分组成。资源层由底层各种各样 的异构物理资源组成，这些物理资源通过虚拟化层的虚拟化之后可灵 活地分配与收回，以使管理层方便地进行统一管理，并为资源监控和 负载平衡提供可能。服务层为用户提供一些云计算相关的服务，方便 用户有效地使用底层的物理资源来满足自身的应用需求。其中虚拟化 层的相关技术是实现云计算最重要的也是研究最广的一块内容。云计 算的解决方案离不开虚拟化，虚拟化技术可以有效地分离硬件和软件， 它给云计算提供了坚实的基础，使得云计算只需要关心如何分配虚拟 资源为用户提供更好的服务，而不必去直接管理底层的物理资源。

当前存在着两种主流的虚拟化技术路线：全虚拟化 (full-virtualization)以及半虚拟化(para-virtualization)。全虚拟化以 VMware为代表，其优点是操作系统可以不经过任何修改就直接在物理 机上运行；但同时它所采用的对部分特权指令的动态二进制翻译技术 也会带来一定的系统性能开销。半虚拟化以剑桥大学的Xen虚拟机为代 表，它只需要修改部分操作系统代码即可实现虚拟化。

目前，大多数虚拟机提供多种启动方式，既可以从虚拟镜像文件 启动，也可以从网络启动，还可以从一个文件目录启动。云计算以虚 拟机为计算单位提供给用户使用，为了同时给众多用户提供服务，需 要海量的虚拟机。海量虚拟机需要从海量根文件系统启动，因为一个 虚拟机必须对应一个根文件系统。为了存储海量的文件，目前比较流 行的为分布式文件系统。但是传统的分布式文件系统都需要有一层文 件系统节点，所有存储节点的数据流入流出都必须经过这个中间节点， 这一额外的中间节点导致多个客户端进行并发访问时成为整个文件系 统的瓶颈。为了解决这种“单服务节点”的瓶颈问题，在分布式文件 系统中产生了一种元数据和文件数据分别存储的新架构。客户端可以 通过不同的链路来获取文件的属性信息和文件实体内容，并且可以并 行读取文件实体内容，以提高整个系统的并发吞吐量。目前比较流行 的分布式文件系统GFS和HDFS，就采用元数据服务器和数据服务器分 离的设计，但是都只包含一个元数据服务器(在GFS文件系统中称为 Master，在HDFS中称为NameNode)以简化元数据管理，并且元数据 信息都储存在元数据服务器的内存中以加快访问速度，这样元数据服 务器的内存空间显然会成为文件系统可扩展性的瓶颈。

Xen虚拟机为当前最为流行的开源虚拟机软件，可以将虚拟机的根 文件系统安装在pNFS服务器上，提供从pNFS客户端启动虚拟机的方 法。这一启动方法在Xen虚拟机迁移功能中非常有用，在进行虚拟机迁 移时，需要将该虚拟机根文件系统从源宿主机迁移到目的宿主机，而 pNFS正好提供了将文件系统同时挂载到两个宿主机的方法，这样只需 通过改变根文件系统的路径即可完成虚拟机文件系统的迁移。