[发明专利]基于远程直接内存访问的虚拟机动态迁移优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种迁移优化方法，具体地，涉及一种基于远程直接内存访问的虚拟机动态迁移(Live Migration)优化方法。

背景技术

虚拟机的动态迁移是虚拟化技术中最为重要的功能之一，直接关系到虚拟化平台上应用服务的高可用性和高可靠性，因此现有商用和开源虚拟化系统(如，VMWare，Xen和KVM等)均提供了该项功能。虚拟机动态迁移的性能主要取决于虚拟机迁移速度和服务中断时间。当前主流的虚拟机动态迁移实现均基于预拷贝技术(Pre-copy)，具体流程(见图1所示)如下：

(1)，迁移准备，为源虚拟机寻找适合的目标节点，创建目标虚拟机，确认迁移内容(如，虚拟机相关内存、磁盘和CPU状态)，准备网络链接等；

(2)，预拷贝，由于迁移过程中源虚拟机上的应用仍然需要提供服务，源虚拟机使用预拷贝方式，循环将源虚拟机中被标记为脏页(Dirty Page，即发生修改的)的内存通过网络同步到目标虚拟机；

(3)，离线迁移，当满足迁移条件后，源虚拟机中断上层应用服务，并将最后差异状态同步到目标虚拟机，目标虚拟机恢复上层应用服务。

由此可见，提高网络传输速度不但能缩短单次虚拟机同步时间，同时能够减少同步期间的状态变化，减少下次同步数据量和循环次数，进一步缩短整体迁移时间，而缩短传输延时则能够有效加速离线传输服务缩短服务中断时间。

当前，高性能网络设备(如，10Gbps以太网和InfiniBand等)已广泛被基于虚拟化的云计算数据中心采用，以提高数据中心内节点间网络传输速度和降低访问延时。但现有虚拟机动态迁移技术仍然只是以传统方式使用这些高性能网络互联设备，未能充分挖掘硬件性能。比如，直接使用InfiniBand网卡提供的兼容以太网编程接口的IP over InfiniteBand(IPoIB)模式。该模式下只能达到有限的传输带宽和较长的网络延迟。比如以1K-byte网络包传输为例，IPoIB模式带宽达和延时分别为每秒12.2万次和60微秒。当前被高性能网络互联设备广泛支持的远程直接内存访问(RDMA，Remote Direct Memory Access)模式能够直接对远端节点已注册的内存空间进行读写访问，完全不需要目标虚拟机的CPU进行协助。并利用单向访问特性能够充分发挥高性能网络互联设备的性能，传输带宽和网络延时则分别能够达到149.6万次和3微秒，性能提升达一个数量级。

但远程直接内存访问模式需要考虑远程和本地虚拟机对相同内存空间的直接读写访问所产生的数据竞争问题，导致现有的动态迁移方法无法直接使用。此外，当前由源虚拟机主导的迁移方法对源虚拟机计算资源(即CPU)造成极大的负担，影响上层应用服务性能，而目标虚拟机资源得不到充分利用。最后，离线迁移阶段采用同步传输方式，引起较长的服务中断时间，造成上层应用的可用性缺失。

因此如何针对远程直接内存访问(RDMA)模式特征设计动态迁移方法，充分发挥高性能网络互相设备性能，解决数据竞争、负载失衡以及服务中断等问题，达到在不影响上层应用服务性能的前提下，缩短虚拟机动态迁移过程中的整体迁移时间和服务中断时间，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于远程直接内存访问的虚拟机动态迁移优化方法，其充分利用高性能网络互联设备提供的远程直接内存访问(RDMA)模式，借由对迁移方法和切换机制进行优化，缩短虚拟机动态迁移的整体迁移时间和服务中断时间，同时减轻由于动态迁移对上层应用服务造成的影响。

根据本发明的一个方面，提供一种基于远程直接内存访问的虚拟机动态迁移优化方法，其特征在于，所述基于远程直接内存访问的虚拟机动态迁移优化方法包括以下步骤：

步骤一，在预拷贝阶段的开始，源虚拟机向目标虚拟机传递用于标识内存变化情况的同步拷贝信息；在原动态迁移用于记录脏页的二进制映射表基础上，将该内存页在注册内存区段的偏移地址一同发送到目标虚拟机；

步骤二，完成拷贝信息传递后，源虚拟机继续执行上层应用服务，并将所有脏页标记为只读，利用写时拷贝技术缓存对脏页的直接修改；而目标虚拟机使用RDMA模式，直接读取源虚拟机中被标记为脏页的内存数据；

步骤三，在完成所有脏页的读取后，目标虚拟机向源虚拟机发送回执消息；

步骤四，源虚拟机向目标虚拟机发送服务切换消息，并传输最后的同步信息；目标虚拟机接收消息后使用同步信息首先标记本地内存也为只读页，并立刻恢复上层应用服务；