[发明专利]一种在线替换虚拟操作系统底层块设备驱动的方法和装置

说明书

本申请提出一种在线替换虚拟操作系统底层块设备驱动的方法和装置，涉及云计算产品领域，包括：构造第二块设备驱动状态结构体；确定第一块设备驱动状态结构体对应后端设备的输入/输出I/O完成；交换所述第一块设备驱动状态结构体和所述第二块设备驱动状态结构体的成员信息。本发明使得I/O数据能从一类底层块设备驱动切换到另一类底层块设备驱动，在两类设备中自由切换而不影响虚拟机运行状况，大大提高了整套QEMU‑KVM虚拟化产品系统的灵活性和可维护性。

技术领域

本发明涉及云计算产品领域，具体涉及一种在线替换虚拟操作系统底层块设备驱动的方法和装置。

背景技术

虚拟操作系统QEMU是一款现有的模拟处理器产品，可以使用QEMU模拟一整套计算机硬件，并可以在虚拟硬件上运行一个完整的操作系统以及各种程序。通常QEMU与现有的KVM(Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机)虚拟化产品相互配合使用，被称为QEMU-KVM。

块设备是输入/输出设备中的一种，块设备将信息存储在固定大小的块中，每个块都有自己的地址。数据块的大小通常在512字节到32768字节之间。块设备的基本特征是每个块都能独立于其他块而读写(即允许随机访问)。磁盘是最常见的块设备，比如一块普通的SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)数据磁盘。

对于QEMU来说，其模拟的计算机硬件组件中，也包括了块设备，如若在虚拟机操作系统里面使用这个块设备，就需要QEMU具备对应的底层块设备驱动(Block Drivers)。QEMU使用的块设备驱动来源包括但不局限于下列组件：

(1)保存在宿主机上的，以特定文件格式组织的文件。例如：qcow2格式，或者raw格式的文件；

(2)宿主机上的磁盘。

(3)分布式文件系统。通常分布式文件系统对外提供了一个网络协议接口，或者一个虚拟块设备接口。常见的分布式文件系统有开源的Ceph系统，以及阿里云的盘古系统等。

QEMU模拟的底层块设备驱动是通过被称为“块设备驱动状态(Block DriverState，BDS)”的数据结构体来实现和表达的。一个BDS的结构体成员信息通常包含了其对应的设备接口上的设备名称、属性和标志位，以及设备的开关和操作方法等部分。

在大型的分布式产品实践中，一个分布式存储系统可能提供了两套底层块设备驱动接口：分别是经由网络协议的分布式文件系统接口和虚拟块设备的接口。在阿里云产品实践中，在虚拟块设备接口上提供了一个带缓存功能的组件以提供较快的I/O处理速度，因此此路径被称为快速I/O路径；而经由网络协议的分布式文件系统接口保留了较慢的I/O处理速度，因此此路径为慢速I/O路径。在包含但不局限于下列情况下，其中一条路径可能会失效：

A、正常的从慢速I/O路径向快速I/O路径切换；

B、其中一套接口发生代码BUG，导致I/O路径不可用；

C、对其中一条路径上包含的代码组件进行热升级。

因此产生了对在线替换QEMU底层块设备驱动的需求。

已有的切换底层块设备驱动的方法中，有一个类似的方法，提供了两个文件的切换，具体来说，一个文件为虚拟机数据镜像，另一个为其快照增量，此两个文件分别为存放于宿主机上的虚拟机数据镜像，以及此镜像的增量快照。因此，此方法可以用于切换虚拟机的快照。此方法并不适用其他的底层块设备类型(如：磁盘、分布式存储系统)，因此不具备在多种底层块设备类型之间切换的能力。

发明内容

本发明提供一种在线替换虚拟操作系统底层块设备驱动的方法和装置，实现I/O数据从一类底层块设备驱动切换到另一类底层块设备驱动。