[发明专利]感知复合应用特征与网络带宽的虚拟机在线迁移优化方法

说明书

本发明公开了一种感知复合应用特征与网络带宽的虚拟机在线迁优化移方法，属于软件技术领域。本发明的方法为：1)感知虚拟机应用特征环境和网络带宽环境，收集内存脏页面数；2)使用灰色预测模型预测内存脏页面数；3)计算虚拟机的迭代周期的脏页面率；4)收集网络带宽使用情况；5)根据虚拟机中应用所需网络带宽，判断虚拟机是否为网络密集型虚拟机，然后进行网络带宽预留。本发明在面对网络密集型应用或内存密集应用的虚拟机迁移时，能减少迁移过程中的额外开销，提高迁移过程中的传输效率，有效降低迁移时间。

技术领域

本发明设计一种感知应用特征与网络环境的虚拟机在线迁移优化方法，尤其设计一种应用特征感知的网络带宽预留调整算法，属于软件技术领域。

背景技术

随着虚拟化技术的广泛应用，虚拟机的动态管理也变得越来越重要，而在线迁移是对虚拟机动态管理的重要手段。在线迁移是一种网络密集型活动，它要求传输几GB甚至几十GB的虚拟机内存状态从源宿主机到目的宿主机。除了占用网络资源外，在线迁移消耗额外的内存和CPU等物理资源。

目前，传统的在线迁移方法有pre-copy(预拷贝)、post-copy(后拷贝)和hybridcopy(混合拷贝)在线迁移方法。pre-copy在线迁移是现在主流的虚拟机动态迁移技术，pre-copy分为3个阶段：首次拷贝和迭代拷贝、停机拷贝。具体迁移过程见图1所示。首先，将虚拟机的全部内存拷贝到目的宿主机中，该过程不中断虚拟机运行，这个阶段叫做“首次拷贝”阶段；接着，进入“迭代拷贝阶段”，把上一拷贝过程中产生的内存脏页面(上一次被修改过的内存页面)迭代复制到目的宿主机，该过程也不中断虚拟机的运行。在每一轮迭代复制结束后需要判断当前是否符合进入stop-and-coy阶段(即停机拷贝阶段)的条件。如果满足则进入第三阶段——“停机拷贝”阶段，否则继续进行迭代拷贝。在停机拷贝阶段在源宿主机上的虚拟机被暂停运行，然后将剩余的虚拟机内存脏页面同步到目的宿主机。同时，还把虚拟机系统信息，包括CPU和网络状态等，同步到目的端。在传输完信息之后，在目的宿主机上的虚拟机会根据传送过来的虚拟机系统信息恢复系统。与pre-copy在线迁移不同，post-copy在线迁移的内存同步是在虚拟机在目的宿主机上恢复运行之后。Hybridcopy在线迁移是post-copy在线迁移的一个特例。它融合了pre-copy在线迁移方法和post-copy在线迁移方法的特点，在虚拟机系统信息传送到目的宿主机之前，把最经常访问的内存页面子集传送到目的主机当中。剩下不经常使用的内存页面会在虚拟机运行需要时在从源宿主机中获取。

主流的虚拟化平台(KVM、Xen和VMware等)都支持pre-copy算法进行在线迁移。pre-copy在线迁移方法在商业和学术领域得到了广泛应用和发展。该方法能够有效缩短迁移时间和提高迁移性能，但在实际应用中，受迭代收敛性、虚拟机不同应用特征和资源限制的影响，使用pre-copy在线迁移方法迁移网络密集型和内存密集型虚拟机时迁移性能并不理想。比如，若虚拟机中运行着内存密集型应用，虚拟机的内存不断被快速修改，且当修改的速度大于内存脏页面的传输速度时，这会造成pre-copy迭代拷贝时间延长，占用物理资源时间也增加，并且难以进入停机拷贝阶段，这会严重影响其他服务，甚至会导致迁移失败。在预测虚拟机内存脏页面方法中都没有考虑到虚拟机应用特征环境对虚拟机内存脏页面的影响。目前，pre-copy在线迁移改进方法往往通过删除重复内存页面数据和压缩内存页面、抑制相似内存页面产生等方法减少内存脏页面的数据传输，以降低迁移时间和宕机时间。然而上述方法往往会增加大量额外的CPU消耗，同时未考虑到网络带宽环境对传输内存脏页面的影响。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有相关成果中未考虑应用特征对内存脏页面数量影响，同时忽略内存脏页面数量和网络带宽的共同作用以及在网络密集型或者内存密集型虚拟机迁移场景中迭代周期长、宕机时间增加等迁移性能问题，提供一种感知应用特征与网络环境的虚拟机在线迁移优化方法，能有效减少网络资源的竞争，提高网络传输效率，减少迁移时间，达到提供虚拟机迁移性能的目的。