【摘要】：虛擬機(jī)在線遷移可以無縫地把基于虛擬機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)不中斷地從一臺(tái)物理機(jī)器上遷移到另一臺(tái)物理機(jī)器上運(yùn)行,該技術(shù)廣泛應(yīng)用于負(fù)載均衡、能耗管理、系統(tǒng)容錯(cuò)及軟硬件的在線維護(hù)等場景下。虛擬機(jī)遷移作為虛擬化的核心關(guān)鍵技術(shù)之一對(duì)于建立可動(dòng)態(tài)伸縮、資源集約的大型綠色數(shù)據(jù)中心具有重要意義。 目前,國內(nèi)外針對(duì)虛擬機(jī)遷移技術(shù)的研究方心未艾,尚存在一些亟待深入探究的問題。首先,目前虛擬機(jī)的遷移缺乏模型化的性能預(yù)測與評(píng)價(jià)方法來指導(dǎo)遷移決策；其次,虛擬機(jī)檢查點(diǎn)作為遷移的支撐技術(shù),由于保存的是整個(gè)操作系統(tǒng),因而粒度較大,開銷較大,尚需要優(yōu)化方法使其輕量化、透明化；再次,基于內(nèi)存預(yù)拷貝的傳統(tǒng)遷移算法不能適用于所有的應(yīng)用場景,特別是內(nèi)存密集型的應(yīng)用很可能使預(yù)拷貝算法失效；最后,虛擬機(jī)遷移的性能主要取決于應(yīng)用的特性和遷移算法的選擇,目前尚缺乏一種綜合的決策機(jī)制來自適應(yīng)地匹配不同的遷移算法和不同的負(fù)載類型及應(yīng)用場景。針對(duì)這些問題,以虛擬機(jī)在線遷移的性能優(yōu)化為中心,從四個(gè)側(cè)面對(duì)虛擬機(jī)遷移的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行廣泛深入的研究。 提出虛擬機(jī)在線遷移的性能和能耗預(yù)測模型。由于虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序及負(fù)載的多樣性,導(dǎo)致遷移不同虛擬機(jī)的代價(jià)存在著巨大的差異性。當(dāng)前對(duì)虛擬機(jī)遷移的放置策略的研究主要集中于遷移的觸發(fā)條件和目的地的選擇問題上,而缺乏對(duì)遷移本身代價(jià)的關(guān)注。在深入分析“預(yù)拷貝”算法中影響虛擬機(jī)遷移性能的關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn),利用線性回歸的學(xué)習(xí)方法可以建立虛擬機(jī)遷移性能和能耗的代價(jià)預(yù)測模型。該模型在虛擬機(jī)管理器層收集虛擬機(jī)負(fù)載的相關(guān)信息,并模擬“預(yù)拷貝”算法的執(zhí)行,從而可以定量地預(yù)測虛擬機(jī)遷移的關(guān)鍵性能指標(biāo),為虛擬機(jī)的選擇算法提供決策支撐。該模型可以作為遷移決策的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一,是優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬機(jī)放置算法的基礎(chǔ),同時(shí)也可以指導(dǎo)對(duì)遷移算法本身的性能優(yōu)化。 針對(duì)虛擬機(jī)檢查點(diǎn)粒度大,開銷大的問題,提出內(nèi)存空洞排除技術(shù)、寫時(shí)復(fù)制及增量機(jī)制三種關(guān)鍵技術(shù)來優(yōu)化虛擬機(jī)檢查點(diǎn)的性能,并實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的虛擬機(jī)在線檢查點(diǎn)系統(tǒng)VMckpt。通過內(nèi)存壓縮及空洞排除技術(shù)可以避免保存虛擬機(jī)內(nèi)存鏡像中的無用信息,大大減小虛擬機(jī)檢查點(diǎn)的大小,從而減小了檢查點(diǎn)保存和恢復(fù)的時(shí)空開銷；通過寫時(shí)復(fù)制機(jī)制,在保存檢查點(diǎn)時(shí)無須中斷虛擬機(jī)的執(zhí)行,可以大幅減小檢查點(diǎn)停機(jī)時(shí)間；通過增量檢查點(diǎn)保存機(jī)制,避免了頻繁保存檢查點(diǎn)造成的大量數(shù)據(jù)冗余,大幅減小保存檢查點(diǎn)的時(shí)空開銷。 提出基于在線檢查點(diǎn)和全系統(tǒng)不確定性事件記錄/回放技術(shù)的虛擬機(jī)遷移算法CR/TR-Motion。由于廣泛采用的預(yù)拷貝算法在虛擬機(jī)遷移的同步過程中需要重復(fù)拷貝的數(shù)據(jù)粒度是內(nèi)存臟頁面,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗較大,遷移的總時(shí)間較長,對(duì)于內(nèi)存密集型應(yīng)用停機(jī)時(shí)間也較長。CR/TR-Motion算法在虛擬機(jī)遷移的過程中,記錄源虛擬機(jī)中發(fā)生的所有不確定性事件,并利用這些日志信息在目的主機(jī)上進(jìn)行回放,從而來同步遷移中的源虛擬機(jī)和目的虛擬機(jī)之間的運(yùn)行時(shí)狀態(tài)。山于日志的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)存預(yù)拷貝算法中需要拷貝的臟頁面,該方法與內(nèi)存預(yù)拷貝算法相比,能更大限度地減小虛擬機(jī)的停機(jī)時(shí)間、總的遷移時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量。同時(shí)CR/TR-Motion算法由于同步過程中網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗較小,非常適宜于廣域網(wǎng)的虛擬機(jī)在線遷移。 提出應(yīng)用特征感知的自適應(yīng)遷移算法選擇決策模型,使負(fù)載和遷移算法之間總能最佳適配。選取了三種典型的虛擬機(jī)遷移算法納入到該決策框架下,分別是預(yù)拷貝(pre-copy)算法、后拷貝(post-copy)算法以及CR/TR-Motion算法。通過建立這三種虛擬機(jī)遷移算法的性能預(yù)測模型,并對(duì)負(fù)載的應(yīng)用特征進(jìn)行在線提取和分析,基于模糊綜合評(píng)判方法來實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用和遷移算法之間的最佳適配。通過典型的實(shí)例分析,驗(yàn)證了模糊綜合決策理論應(yīng)用于虛擬機(jī)遷移算法的選擇總可以使遷移的性能達(dá)到最優(yōu)。 綜上所述,在不同層次對(duì)虛擬機(jī)在線遷移的算法和決策模型提出的優(yōu)化策略,可以有效減小虛擬機(jī)在線遷移的代價(jià),使得遷移性能得到大幅提升。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP302

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉詩海;孫宇清;石維琪;高云偉;;面向可擴(kuò)展集群環(huán)境的快速虛擬機(jī)遷移方法[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

2 張彬彬;羅英偉;汪小林;王振林;孫逸峰;陳昊罡;許卓群;李曉明;;虛擬機(jī)全系統(tǒng)在線遷移[J];電子學(xué)報(bào);2009年04期

本文編號(hào)：2743393