Xen虚拟机动态增量迁移的设计与实现.pdf

第34卷第3期
东北电力大学学报
Vol 34. No. 3
2014年6月
Journal Of Northeast Dianli University
Jun.,2014
文章编号:1005-2992(2014-)03-0089-05
Xen虚拟机动态增量迁移的设计与实现
曲楠2,王故东,颜住3
(1.东北电力大学信息工程学院,吉林吉林1320002.江苏省电力有限公司,江苏南京310003.国网吉林省电
力有限公司,长春13000
摘
要:Xen虚拟机现有迁移机制中,源主机和目的主机需要连接共享存储服务,共享存储是动态
迁移的必要条件。针对这一局限性提出了一种包括外存迁移在内的动态增量迁移方法,可以在动态迁
移过程中,把虛拟机磁盘文件从源主机迁移至日的主机,从而降低了动态迁移的成本,扩大了动态迁移
的应用范围。并通过实验进行了性能分析。
关键词:虚拟机;Xen;增量迁移
中图分类号:TP303
文献标识码
虚拟化技术已经成为国内外研究的热点。通过虚拟机将原先多个服务器整合到一台实体计算机
中,可以显著减少停机时间増强灵活性、大幅提高硬件利用效率。作为服务器虚拟化技术当中的热点,
动态迁移技术可以在保持虚拟机运行的同时将运行于VMM( Virtual Machine Monitor)上的操作系统在
物理主机之间转移,管理员不需要了解操作系统本身的细节,也不需要关心操作系统上运行的服务状
态,极大方便了人们的管理操作2。
日前,虚拟机产品主要应用于大规模数据中心,其在线迁移都依赖于物理主机之间采用集中式共享
存设备。对于拥有独立本地外存的服务器和个人计算机,迁移技术在这种场合下受到限制,所以实现
一个包括外存迁移在内的虚拟机增量迁移方案将使迁移技术得到更广泛的应用。
1虚拟机迁移技术分析
动态迁移( Live Migration),也叫在线迁移( Online Migration)。就是在保证虚拟机上服务正常运行
的同时,将一个虚拟机系统从一个物理主机移动到另一个物理主机的过程。该过程不会对最终用户造
成明显的影响,从而使得管理员能够在不影响用户正常使用的情况下,对物理服务器进行离线维修或者
升级3。迁移的前面阶段,服务在源主机的虚拟机上运行,当迁移进行到一定阶段,目的主机已经具备
了运行虚拟机系统的必须资源,经过一个非常短暂的切换,源主机将控制权转移到目的主机,虚拟机系
统在目的主机上继续运行。对于虚拟机服务本身而言,由于切换的时间非常短暂,用户感党不到服务的
中断。
日前主流的动态迁移工具, Vmware的 Vmotion, Citrix的 Emotion,他们都依赖于物理机之间采用
SAN( slorage area network)或NAS( network- attached storage)之类的集中式共亭外存设备,因而在迁移时
只需要进行虚拟机系统内存执行状态的迁移,从而获得较好的迁移性能3
但是还有一些应用场景,源主机和目的主机之间无共享存储设备,当这些机器上的虚拟机需要迁移
收稿日期:2014-03-10
基金项目:吉林省科技发展计划重点支撑项目(项目编号20120338)
作者简介:曲楠(1990-),男,吉林省吉林市人,江苏省电力公司检修分公司助理工程师,主要研究主向:电力系统自动化、电力信
息化
东北电力大学学报
第34卷
时,本地磁盘数据也必须传输到目的主机.现有迁移技术在这种场合下受到限制,为了拓宽现有迁移技
术的应用范围,有必要实现一个包括外存迁移在内的迁移方案,使得在采用分散式本地存储的计算机环
境下,仍然能够利用迁移技术转移计算环境,并且保证迁移过程中操作系统服务的可用性,这就需要动
态增量迁移技术67。
2Xen虚拟机动态增量迁移的设计
对于WM( Virtual Machime)的内存状态的迁移,Xen采用了主流的预拷贝(pre-copy)的策略。结合
内存迁移的策略,动态增量迁移主要分为三个阶段:PUSH阶段、停机拷贝阶段和PULL阶段。其流程见
图1。
虛拟机在源主机上运行
循环迁移虚拟机的存储数据到目的主机
监控虛拟机的写操作,记录内存脏页和外存班块
写桨址
暂停虚拟机
同步脏页内存、外存脏块和CPU状态
发送记录有外存脏块信息的 bitmap到目的主机
虚拟机在目的主机上恢复运行
截获虚拟机的写操作
根据要,从源主机Pull内存脏页和外存脏块
源主机按序向目的主机Push庄数据
前的
虚拟机在目的主机上运行,源主机可以关闭
1动态增量迁移流程示意
在PUSH阶段源VM仍在运行,其外存访问被VM监控。在内存pre-copy之前采用与内存迁移
同样的原理先进行外存的pre-copy。外存pre-copy结束后,进人Xen的内存pre-copy阶段,在此期间
VM对外存的访问仍然被监控记录,作为后续阶段同步剩余不一致外存状态的依据。在停机拷贝阶段
源VM被挂机,传输剩余的内存状态、CPU状态等,并将VMM所记录的外存状态信息发送给目的WM。
在PULL阶段,目的WM被激活,对于本地IO请求根据需要向源主机请求数据,同时源主机主动根据
已记录的外存状态发送未同步完的外存数据?。
Xen虚拟机动态增量迁移的实现
3.1PUSH阶段
在迁移开始之前,用户通过迁移命令( xm migrate)向源主机VMM发出迁移请求,收到请求后VMM
通知块设备即将开始迁移。然后检査内存是否够用,如果不够用则先释放部分内存,以保证有足够的内
存进行迁移。接着源主机与目的主机建立 socket连接,源主机请求迁移,当收到目的主机的响应之后
进入PUSH阶段?。设计流程见图2
外存pre-copy过程中,外存块以迭代( Iterative)方式一轮轮拷贝到目的计算机上,第一轮拷贝所有
的块,第二轮只拷贝在第一轮迭代过程中修改过的块,同时设置相应的循环终止条件,以避免外存迁移
时间过长,从而影响总体迁移时间
在迁移过程中,源主机需要监控VM对外存的访问。在设备后端初始化一个 bitmap用于记录外存
块的状态变化。如果某个外存块在循环期间被写脏,就将块标志位置1。每轮循环首先获取此 bitmap