论文部分内容阅读
摘 要 服务器虚拟化可以有效地提高硬件资源利用率，降低运维成本，同时为搭建云计算平台提供基础。作为服务器虚拟化的一项关键特性，动态迁移技术可以减少部署时间和宕机时间，实现服务器的高可用性。本文针对人工控制迁移存在的不足，对迁移框架进行了改进，增加了脏页集，并基于虚拟机进行了测试。结果表明，该框架能够实现动态迁移，减少迁移时间，并提高用户的服务质量。
关键词 虚拟化；动态迁移；云计算；脏页
中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0049-02
根据摩尔定律，计算机的性能每18个月就会提升1倍。高速发展的信息化技术使得有限的IT投资无法满足硬件的更新需求。因此，需要对现有的硬件资源进行整合，以实现有限资源的最大化利用。虚拟化作为重要的计算机支撑技术，将服务封装在虚拟机中，通过监视负载的变化来实现动态的资源调度。其中，重映射可以通过动态迁移技术来实现。
目前，虚拟机的迁移技术还停留在人工控制阶段，需要有经验的人员，根据负载状态来选择服务器资源进行迁移。这种管理模式不仅实效性差，而且，由于人员过多的参与迁移过程，很容易在迁移过程中出现失误，导致迁移失败。
1 虚拟化迁移中的动态迁移
虚拟化迁移分为静态迁移和动态迁移，静态迁移是将服务器停机后，通过离线克隆的方式进行迁移。在迁移过程中，数据封闭且保持稳定，具有较高的迁移成功率。但是，这种方式需要较长的停机时间。
动态迁移则是在线进行迁移。迁移过程主要是对内存状态进行拷贝，而对于随时产生的脏页，需要循环复制和覆盖来完成。随着循环次数的增加，所需迁移的脏页会减少，每轮迁移的时间也会缩短。当剩余的脏页足够少时，暂停源主机，并将最后产生的脏页和运行状态一起复制到目标服务器上，随后启动目标服务器，完成切换。因停机的时间极为短暂，故使用动态迁移的方法可以保证用户的服务质量。
2 动态迁移自动化
目前动态迁移仍处于人工控制阶段，管理员在发现服务器出现重负载时，手动发起迁移。这就需要管理员对服务器的运行状态进行实时监控，并在极短的时间内找到资源充足的服务器作为接收方，而找寻过程会产生滞后，延误迁移时机。另外，手动迁移还需要修改配置文件、输入迁移命令等，容易引发操作失误。
所以，需要自动化控制迁移过程，完成自动监测，自动搜寻和自动发起，并要在尽可能短的时间内完成整个迁移过程，减少失败的风险。
3 动态迁移框架
传统的动态迁移是通过循环复制内存页的方式来实现，这种方式对频繁产生的同一个脏页进行重复复制，增加了迁移时间。本文针对此进行了改进，通过记录形成脏页集，并对重复出现的脏页进行过滤，缩短了每轮的迁移时间。
如图1所示，控制中心包含资源实时监控和迁移管理控制。物理服务器上有实时监控器和迁移控制器。实时监控器监控物理服务器和虚拟机的运行状态。实时监控中心通过请求的方式来获取物理服务器的资源状态。迁移控制中心根据实时监控中心提供的情况，自动检测出重负载服务器，并查找备选机，发出迁移指令。迁移控制器接收指令后发起迁移。
相比于传统的动态迁移，本文框架增加了脏页记录集，根据“Recently Used Will Be Used Again”的思想，记录产生的脏页，并过滤重复出现的脏页。具体思想是，认为刚刚被访问的内存页有很大可能被再次访问，因而对重复出现的脏页只做记录，并将记录外的“非脏页”进行迁移。随着迁移进行，需要迁移的脏页会越来越少，每轮迁移的时间也会随之减少，进而使产生脏页的时间减少，当系统达到设定的限制条件时，源虚拟机停机，新虚拟机唤醒，该切换只需要极短的时间，用户几乎无法感知。
4 框架实现
本文基于Xen虚拟机，对上述框架予以实现，并分析动态迁移的整个过程。
设置A、S和D三台机器，分别作为管理服务器，源服务器和目标服务器，三台机器部署在同一个网络中。S上运行虚拟文档服务器和FTP服务器。
分析图2，FTP服务器在4秒时出现重负载，A检测到D处于空闲，命令S向D迁移。迁移持续时间约14秒，此间，迁移本身占用的带宽导致FTP服务器带宽下降。在第23秒左右时，原FTP服务器停机，带宽降低为0，随后新FTP服务器启动，带宽恢复至迁移前的状态，迁移过程结束。
图3为关闭脏页记录集后测得的数据，在22秒时，图2中带宽出现下降，表明迁移提前进入停机状态，进而推断，因脏页集的作用，迭代过程中每次拷贝的脏页数减少，从而缩短了迁移时间。
5 总结
服务器虚拟化是实现云计算的基础，虚拟服务器的动态迁移效率直接影响用户的服务质量。随着计算的规模增大，计算资源愈发显得不足，因此，搭建虚拟服务器并实现虚拟服务器之间的动态迁移，可以为用户提供无缝的服务，进而减少服务器的宕机时间，从总体上提高整个计算资源的可用性。本文探讨了一种新型的动态迁移模型，并引入脏页集，对迁移过程进行了优化，实验表明，该框架可以有效缩短迁移时间，提高用户满意度。
参考文献
[1]唐彦，肖亮.服务器虚拟化关键技术探析[J].2012（3）：11-14.
[2]彭安鑫.面向云计算的虚拟机动态迁移研究[D].2012（6）：31-32.
[3]刘鹏程，陈榕.面向云计算的虚拟机动态迁移框架[J].计算机工程，2010，36（5）：37-38.
[4]胡晓昌，丁丽萍，武延军.基于虚拟机执行过程重放的热迁移系统研究[J].计算机工程与设计，2010，31（19）：4213-4217.
[5]孙国飞，谷建华，胡金华，赵天海.基于预拷贝的虚拟机动态内存迁移机制改进[J].计算机工程，2011，37（13）：37-38.
关键词 虚拟化；动态迁移；云计算；脏页
中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0049-02
根据摩尔定律，计算机的性能每18个月就会提升1倍。高速发展的信息化技术使得有限的IT投资无法满足硬件的更新需求。因此，需要对现有的硬件资源进行整合，以实现有限资源的最大化利用。虚拟化作为重要的计算机支撑技术，将服务封装在虚拟机中，通过监视负载的变化来实现动态的资源调度。其中，重映射可以通过动态迁移技术来实现。
目前，虚拟机的迁移技术还停留在人工控制阶段，需要有经验的人员，根据负载状态来选择服务器资源进行迁移。这种管理模式不仅实效性差，而且，由于人员过多的参与迁移过程，很容易在迁移过程中出现失误，导致迁移失败。
1 虚拟化迁移中的动态迁移
虚拟化迁移分为静态迁移和动态迁移，静态迁移是将服务器停机后，通过离线克隆的方式进行迁移。在迁移过程中，数据封闭且保持稳定，具有较高的迁移成功率。但是，这种方式需要较长的停机时间。
动态迁移则是在线进行迁移。迁移过程主要是对内存状态进行拷贝，而对于随时产生的脏页，需要循环复制和覆盖来完成。随着循环次数的增加，所需迁移的脏页会减少，每轮迁移的时间也会缩短。当剩余的脏页足够少时，暂停源主机，并将最后产生的脏页和运行状态一起复制到目标服务器上，随后启动目标服务器，完成切换。因停机的时间极为短暂，故使用动态迁移的方法可以保证用户的服务质量。
2 动态迁移自动化
目前动态迁移仍处于人工控制阶段，管理员在发现服务器出现重负载时，手动发起迁移。这就需要管理员对服务器的运行状态进行实时监控，并在极短的时间内找到资源充足的服务器作为接收方，而找寻过程会产生滞后，延误迁移时机。另外，手动迁移还需要修改配置文件、输入迁移命令等，容易引发操作失误。
所以，需要自动化控制迁移过程，完成自动监测，自动搜寻和自动发起，并要在尽可能短的时间内完成整个迁移过程，减少失败的风险。
3 动态迁移框架
传统的动态迁移是通过循环复制内存页的方式来实现，这种方式对频繁产生的同一个脏页进行重复复制，增加了迁移时间。本文针对此进行了改进，通过记录形成脏页集，并对重复出现的脏页进行过滤，缩短了每轮的迁移时间。
如图1所示，控制中心包含资源实时监控和迁移管理控制。物理服务器上有实时监控器和迁移控制器。实时监控器监控物理服务器和虚拟机的运行状态。实时监控中心通过请求的方式来获取物理服务器的资源状态。迁移控制中心根据实时监控中心提供的情况，自动检测出重负载服务器，并查找备选机，发出迁移指令。迁移控制器接收指令后发起迁移。
相比于传统的动态迁移，本文框架增加了脏页记录集，根据“Recently Used Will Be Used Again”的思想，记录产生的脏页，并过滤重复出现的脏页。具体思想是，认为刚刚被访问的内存页有很大可能被再次访问，因而对重复出现的脏页只做记录，并将记录外的“非脏页”进行迁移。随着迁移进行，需要迁移的脏页会越来越少，每轮迁移的时间也会随之减少，进而使产生脏页的时间减少，当系统达到设定的限制条件时，源虚拟机停机，新虚拟机唤醒，该切换只需要极短的时间，用户几乎无法感知。
4 框架实现
本文基于Xen虚拟机，对上述框架予以实现，并分析动态迁移的整个过程。
设置A、S和D三台机器，分别作为管理服务器，源服务器和目标服务器，三台机器部署在同一个网络中。S上运行虚拟文档服务器和FTP服务器。
分析图2，FTP服务器在4秒时出现重负载，A检测到D处于空闲，命令S向D迁移。迁移持续时间约14秒，此间，迁移本身占用的带宽导致FTP服务器带宽下降。在第23秒左右时，原FTP服务器停机，带宽降低为0，随后新FTP服务器启动，带宽恢复至迁移前的状态，迁移过程结束。
图3为关闭脏页记录集后测得的数据，在22秒时，图2中带宽出现下降，表明迁移提前进入停机状态，进而推断，因脏页集的作用，迭代过程中每次拷贝的脏页数减少，从而缩短了迁移时间。
5 总结
服务器虚拟化是实现云计算的基础，虚拟服务器的动态迁移效率直接影响用户的服务质量。随着计算的规模增大，计算资源愈发显得不足，因此，搭建虚拟服务器并实现虚拟服务器之间的动态迁移，可以为用户提供无缝的服务，进而减少服务器的宕机时间，从总体上提高整个计算资源的可用性。本文探讨了一种新型的动态迁移模型，并引入脏页集，对迁移过程进行了优化，实验表明，该框架可以有效缩短迁移时间，提高用户满意度。
参考文献
[1]唐彦，肖亮.服务器虚拟化关键技术探析[J].2012（3）：11-14.
[2]彭安鑫.面向云计算的虚拟机动态迁移研究[D].2012（6）：31-32.
[3]刘鹏程，陈榕.面向云计算的虚拟机动态迁移框架[J].计算机工程，2010，36（5）：37-38.
[4]胡晓昌，丁丽萍，武延军.基于虚拟机执行过程重放的热迁移系统研究[J].计算机工程与设计，2010，31（19）：4213-4217.
[5]孙国飞，谷建华，胡金华，赵天海.基于预拷贝的虚拟机动态内存迁移机制改进[J].计算机工程，2011，37（13）：37-38.