虛擬機(jī)遷移技術(shù)的現(xiàn)狀研究熱點(diǎn)

1、優(yōu)選文檔優(yōu)選文檔PAGEPAGE7優(yōu)選文檔PAGE虛假機(jī)遷移技術(shù)的現(xiàn)狀與研究熱點(diǎn)【大綱】本文介紹了當(dāng)前主流的虛假機(jī)遷移技術(shù)和相關(guān)算法，論述了各種方法的優(yōu)勢(shì)和不足，最后介紹了研究熱點(diǎn)和面對(duì)的挑戰(zhàn)?！疽c(diǎn)詞】虛假機(jī)；熱遷移；遷移算法Abstract】Thispaperintroducedcurrenttechnologyandrelatedalgorithmofvirtualmachinemigration，discussedtheadvantagesanddisadvantagesofeachmethod.Atlast，introducedtheresearchhotspotandchallen

2、gewere.Keywords】Virtualmachine；Livemigration；Migrationalgorithm緒論云計(jì)算作為一種新興的計(jì)算模式，近來(lái)幾年來(lái)碰到了越來(lái)越多的關(guān)注，獲得了研究人員和企業(yè)的必定。作為云計(jì)算核心內(nèi)容的虛假化技術(shù)，從基層硬件向上層虛假機(jī)進(jìn)行了資源映射，實(shí)現(xiàn)了資源的抽象和相互隔斷，贊同在單一物理主機(jī)上運(yùn)行多個(gè)不同樣的操作系統(tǒng)實(shí)例，供應(yīng)多種服務(wù)，而且可以有效地將資源進(jìn)行彈性分配1。傳統(tǒng)模式下，服務(wù)器可以依靠集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)層級(jí)的負(fù)載均衡，而虛假化則可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)層級(jí)的負(fù)載均衡。依靠虛假機(jī)在不同樣的主機(jī)之間遷移，集群可以有效地進(jìn)行資源的分配和調(diào)換，這是虛假化最大

3、的優(yōu)勢(shì)之一，所以虛假機(jī)的遷移也是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，引起了寬泛的關(guān)注。本文主要對(duì)虛假機(jī)遷移的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜述。靜態(tài)遷移和熱遷移最初的虛假機(jī)遷移屬于“stop-and-copy”模式2，也稱為靜態(tài)遷移：第一令待遷移的虛假機(jī)暫停服務(wù)，并將內(nèi)存中的全部數(shù)據(jù)復(fù)制到另一臺(tái)主機(jī)，爾后在目標(biāo)主機(jī)大將虛假機(jī)激活，連續(xù)對(duì)外供應(yīng)服務(wù)。這種模式的弊端在于，一旦執(zhí)行遷移操作，服務(wù)就中斷了，不適于對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性和用戶體驗(yàn)有著較高要求的場(chǎng)合。由于靜態(tài)遷移的限制性，好多虛假化平臺(tái)供應(yīng)了嶄新的虛假機(jī)遷移模式，稱為熱遷移也許在線遷移。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是讓虛假機(jī)保持運(yùn)行的同時(shí)，讓它從源主機(jī)遷移到目的主機(jī)，遷移完成后，服務(wù)在目的主機(jī)上重啟

4、，中斷的時(shí)間特別短，對(duì)用戶而言基本上是透明的。以VMware和Xen為代表的虛假化解決方案供應(yīng)商都使用了這種模式，而且還有好多開(kāi)源的云平臺(tái)也寬泛將其用于數(shù)據(jù)中心的資源管理。熱遷移的要點(diǎn)技術(shù)介紹為了讓虛假機(jī)在遷移此后的狀態(tài)可以和從前保持一致，就必定傳達(dá)CPU的運(yùn)行狀態(tài)、I/O狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通信的狀態(tài)和內(nèi)存里的數(shù)據(jù)。在這些需要遷移的內(nèi)容中，CPU和I/O的遷移相對(duì)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量較少，結(jié)構(gòu)也比較單一，而內(nèi)存遷移是一大難題，不但由于內(nèi)存數(shù)據(jù)自己的重要性，而且內(nèi)存數(shù)據(jù)自己的儲(chǔ)藏結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜3。此刻只有pre-copy和post-copy兩種算法較好地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存的遷移。pre-copy算法的核心思想以下：源主機(jī)

5、將虛假機(jī)的全部?jī)?nèi)存頁(yè)面復(fù)制傳達(dá)到目的主機(jī)，在此時(shí)期虛假機(jī)不中斷運(yùn)行；復(fù)制此后再次被更正的內(nèi)存頁(yè)面稱為臟頁(yè)面，虛假機(jī)開(kāi)始會(huì)對(duì)后續(xù)的臟頁(yè)面進(jìn)行迭代復(fù)制。在每輪發(fā)送完成后檢查當(dāng)前可否吻合stop-and-copy條件，如滿足則進(jìn)入stop-and-copy階段，在源主機(jī)上虛假機(jī)被暫停運(yùn)行，最后的少量?jī)?nèi)存頁(yè)面被復(fù)制到目的主機(jī)，此時(shí)目的主機(jī)和源主機(jī)的虛假機(jī)內(nèi)存頁(yè)面達(dá)到一致，目的主機(jī)使虛假機(jī)接竣工作，刪除源主機(jī)上的虛假機(jī)數(shù)據(jù)。與靜態(tài)遷移對(duì)照，pre-copy縮短了總遷移時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，在負(fù)載較輕的情況下，pre-copy可以把停機(jī)時(shí)間控制在不到0.2s的范圍之內(nèi)，很好的實(shí)現(xiàn)了遷移的透明性。而在負(fù)載偏高的情

6、況下，虛假機(jī)的內(nèi)存頁(yè)面更正較為頻頻，使得臟頁(yè)面不停地產(chǎn)生，所以必定進(jìn)行迭代復(fù)制和判斷。這就造成了較大的系統(tǒng)開(kāi)銷，引起很長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間和總遷移時(shí)間。post-copy算法和pre-copy算法相反，它讓源主機(jī)一開(kāi)始就停止虛假機(jī)的運(yùn)行，在暫停時(shí)期將虛假機(jī)的CPU和I/O信息復(fù)制到目的主機(jī)上，由于數(shù)據(jù)量很小，所以目的主機(jī)馬上便可以啟動(dòng)虛假機(jī)接竣工作；在目的虛假機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，一旦接見(jiàn)到相關(guān)內(nèi)存產(chǎn)生缺頁(yè)錯(cuò)誤，就會(huì)向源主機(jī)發(fā)送頁(yè)面請(qǐng)求，令其將這些內(nèi)存頁(yè)面?zhèn)鬟_(dá)過(guò)來(lái)。直到目的虛假機(jī)接見(jiàn)了全部的內(nèi)存頁(yè)面，才能停止源虛假機(jī)釋放資源。post-copy相比pre-copy算法，進(jìn)一步縮短了停機(jī)時(shí)間，但總的遷移時(shí)間則更

7、長(zhǎng)。若是多個(gè)虛假機(jī)需要并發(fā)的動(dòng)向遷移，源主機(jī)上會(huì)由于等待內(nèi)存遷移而耗資大量的計(jì)算和儲(chǔ)藏資源，而且很長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法獲得釋放，以致整體的效率降低。研究熱點(diǎn)當(dāng)前主流的熱遷移技術(shù)都有其限制性和不足之處，pre-copy算法的總遷移時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而時(shí)間越長(zhǎng)，遷移所占用的資源就越多，使遷移中的虛假機(jī)受到長(zhǎng)時(shí)間的服務(wù)性能下降。特別是若是臟頁(yè)面生成的速率高于內(nèi)存復(fù)制的速率，遷移過(guò)程就會(huì)更長(zhǎng)，直到耗時(shí)高出閾值，以致服務(wù)中斷。為了改進(jìn)上述問(wèn)題，Bradford等人設(shè)計(jì)了一種名為Memoryballoon的體系4，經(jīng)過(guò)除掉一些無(wú)用的內(nèi)存數(shù)據(jù)來(lái)減少首輪復(fù)制所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而縮短熱遷移的總時(shí)間；Surie等人經(jīng)過(guò)不停的記

8、錄取戶行為信息，而且將行為在目標(biāo)主機(jī)上重現(xiàn)的方式來(lái)減少虛假機(jī)遷移過(guò)程中產(chǎn)生的整體開(kāi)銷5。標(biāo)準(zhǔn)的post-copy算法第一傳達(dá)vCPU和I/O信息，爾后使目標(biāo)虛假機(jī)接竣工作，接下來(lái)的內(nèi)存讀取基于“按需取頁(yè)”的思路，由于缺頁(yè)而向原虛假機(jī)索取。由于網(wǎng)絡(luò)延緩，辦理每個(gè)頁(yè)面接見(jiàn)錯(cuò)誤都會(huì)明顯地拖慢虛假機(jī)。其他，若是目的虛假機(jī)的某些內(nèi)存頁(yè)面素來(lái)不被接見(jiàn)，遷移便向來(lái)無(wú)法完成?；陧?yè)面預(yù)取的post-copy算法早先展望可能要發(fā)生的缺頁(yè)異常并調(diào)整頁(yè)面推送序列，由于內(nèi)存接見(jiàn)的局部性原理，這種算法有效地減少了缺頁(yè)異常的發(fā)生，提高了遷移的效率?；祀s方法綜合了pre-copy算法和post-copy算法的優(yōu)勢(shì)，它先進(jìn)行

9、pre-copy過(guò)程，保持源虛假機(jī)連續(xù)運(yùn)行的同時(shí)復(fù)向來(lái)制它全部的內(nèi)存頁(yè)面到目的主機(jī)上，爾后停機(jī)將CPU和I/O的狀態(tài)信息發(fā)送過(guò)去7。目的主機(jī)收到后，啟動(dòng)虛假機(jī)接竣工作，最后再按post-copy方法等待臟頁(yè)面的傳送?；祀s方法在讀密集型負(fù)載下有較好的性能，在寫(xiě)密集型負(fù)載下有更確定的總遷移時(shí)間。面對(duì)的挑戰(zhàn)熱遷移在大多數(shù)情況下是為了負(fù)載均衡，或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)向資源調(diào)換。后者是虛假化節(jié)能的主要手段，一旦虛假機(jī)的負(fù)載降低，就可以遷移到少量主機(jī)，并關(guān)閉其他主機(jī)?？墒?，云環(huán)境的熵在不停增高，隨著虛假機(jī)的數(shù)量和服務(wù)的種類呈海量增添，使得虛假機(jī)、主機(jī)和機(jī)架之間經(jīng)典的三層嵌套裝箱問(wèn)題變得原來(lái)越復(fù)雜8，其他，從節(jié)能的角度來(lái)

10、看，越來(lái)越多的遷移行為將以致額外的CPU開(kāi)銷和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，產(chǎn)生額外的能耗。在這種背景下不過(guò)靠?jī)?yōu)化遷移算法來(lái)解決問(wèn)題，已經(jīng)不擁有現(xiàn)實(shí)性。本文認(rèn)為今后將會(huì)有更多的研究致力于虛擬機(jī)的放置和合理的調(diào)換算法。【參照文件】1蔣長(zhǎng)生，彭好漢，張武.云計(jì)算及云計(jì)算推行標(biāo)準(zhǔn)：綜述與研究J.上海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，02：5-13.2WhitakerA，CoxR-S，ShawM，etal.ConstructingserviceswithinterposablevirtualhardwareC/InProceedingsofthe1stsymposiumonnetworkedsystemsdesignand

11、implementation（NSDI），CA，USA，2004：169-182.常德成，徐高潮.虛假靈巧向遷移方法J.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究2013.04：17-22.4BradfordR，KotsovinosE，F(xiàn)eldmannA.Livewide-areamigrationofvirtualmachinesincludinglocalpersistentstateC/Proceedingsofthe3rdinternationalconferenceonvirtualexeczrtionenvironments.（VEE），NY，5SurieA，CavillaA-L，LaraE-D，etal.L

12、ow-bandwidthVMmigrationviaopportunisticreplay.Inthe9thworkshoponmobilecomputingsystemsandapplicationsHotMobile）J.NY，USA，2008：74-79.6MichaelR.Hines，KartikGopalan.Post-CopyBasedLiveVirtualMachineMigrationUsingAdaptivePre-PagingandDynamicSelf-BallooningC/Proceedingsofthe2009ACMSIGPLAN/SIGOPSInternationalConferenceonVirtualExecutionEnvironments.NewYork，USA：ACMPress，2009：51-60.7NO