虚拟机磁盘迁移技术研究与实现

已有基于内存的虚拟机迁移技术要求迁移源机和目标机之间必须共享网络磁盘,迁移性能受网络条件的影响很大,且在不支持"共享网络磁盘"的环境中,无法实现虚拟机迁移.针对上述问题,考虑到虚拟机磁盘作为虚拟机运行所需的持久化状态的封装体,所展现出的如高可用性、高效能、安全稳定等良好特性,提出基于磁盘的虚拟机迁移.通过设计虚拟磁盘驱动系统DiskMig,在实现虚拟机磁盘迁移的同时保证了其在源端和目的端的一致性.设计了"Transfer on Demand with Forward-ahead"(TOD&FA)算法快速同步源端和目的端磁盘文件差异.DiskMig采用自行设计的高效存储结构bitmap,使记录、查询虚拟机磁盘迁移过程中的大量I/O操作时仅需时间复杂度O(1).实验表明,DiskMig所采用的相关方法对虚拟机及其中应用程序运行性能的影响仅为5%左右,有效支持了虚拟机磁盘文件的迁移.     

虚拟机快速全系统在线迁移

虚拟机全系统在线迁移对于广域网或者没有共享存储的局域网中的虚拟化平台非常重要.然而,全系统映像一般在几十吉字节(gigabyte, GB)量级,迁移这些数据需占用大量I/O带宽且时间开销很大.快速全系统在线迁移方法具有如下特点:文件系统感知的磁盘同步,利用文件系统的磁盘块分配位图,只拷贝实际使用的磁盘块,显著减少了第1阶段同步的磁盘映像数据量;异或压缩,利用映像数据的自相似性,快速有效地减少了迁移最后两个阶段拷贝的数据量;流水迁移,流水化迁移各个阶段,使得读写映像、压缩解压映像、网络收发各阶段充分并行.实验表明,与传统压缩迁移相比,快速迁移可以减少50%的迁移时间,最好情况和平均情况下,能分别降低21.68%和14.48%的停机时间.在网络带宽受限或虚拟机负载过重等极限条件下,快速迁移同样有效.     

适应广域网的虚拟机在线迁移模型

针对广域网(WAN)环境下虚拟机(VM)迁移存在的诸多问题提出一种迁移模型。该模型持续检测节点间链路状态,优化磁盘、内存和CPU状态及网络的迁移时序,并采用磁盘周期同步、单向网络隧道及虚拟机本地化等方法。实验表明：模型减少了虚拟机跨WAN迁移的数据量,缩短了网络重定向路径,在模拟实验中迁移的总时间及暂停时间接近于共享存储方式。     

基于遗传算法的虚拟机在线迁移优化方法

虚拟机在线迁移是云计算研究热点。目前已有的研究工作未能考虑Web应用资源需求的变化规律,可能会存在因虚拟机循环迁移而导致的Web应用性能频繁违约现象。提出一种基于Web应用资源需求变化分析的虚拟机迁移优化方法,以虚拟机资源需求小于物理机资源供给为约束条件,将虚拟机和物理机空间布局的稳定性刻画成收益。每次执行虚拟机在线迁移操作时,都以收益最大化作为待迁移虚拟机和目标物理机的选择依据。实验结果表明,与已有方法相比,本方法能减少超过50%的性能违约次数。     

基于内存混合复制方式的虚拟机在线迁移机制

虚拟机VM(Virtual Machine)在线迁移技术(Live Migration)充分利用虚拟化技术的灵活性和封装性,有利于实现大规模虚拟化环境中负载的动态调整以及应用的灵活部署.已有的在线迁移机制存在内存迭代收敛、迁 移数据冗余以及客户操作系统不透明等问题.文中结合内存推送复制以及按需复制两种方式,提出了...     

基于负载特征的虚拟机迁移调度策略

为提高虚拟机迁移时的资源利用率及服务可用性,提出一种基于负载特征的虚拟机迁移调度策略。针对节点的触发类型和虚拟机的负载特征,采用多阈值方式触发迁移,完成对拟迁移的虚拟机以及迁移目标节点的选择。实验结果表明,该策略能够实现虚拟机迁移的自主管理,并能提升资源的使用效率,具有较好的自适应性。     

基于预拷贝的虚拟机动态内存迁移机制改进

针对内存预拷贝过程中迁移时间较长和内存页反复重传的特点,改进传统的内存动态迁移机制,引入马尔科夫预测模型,提出基于脏页概率预测的工作集测定算法.利用脏页的历史操作访问情况预测其下一轮迭代被修改的概率,只传输预测概率较低的页.实验结果表明,该算法缩短了迁移总时间和停机时间,能有效支持虚拟机动态迁移.     

面向虚拟机的远程磁盘缓存

在虚拟机(virtual machine)系统中,随着虚拟机数量和应用程序需求的不断增长,内存容量已经成为应用程序性能的主要瓶颈。为了提升内存密集型和I/O密集型程序的页面交换性能,提出了虚拟机的远程磁盘缓存机制REMOCA,它允许运行在一台物理主机上的虚拟机将其他物理主机的内存作为其二级磁盘缓存。由于网络传输延迟远远小于磁盘访问,用网络传输代替磁盘访问就能够有效地降低虚拟机的平均磁盘访问延迟。REMOCA的目标就要尽可能地减少磁盘访问。REMOCA运行在虚拟机管理器中,其基本工作原理是截获并处理虚拟机的页面淘汰、磁盘访问等事件。REMOCA能够与现有的虚拟机内存管理机制(如气球技术、影子缓存)相结合,从而提供更加灵活的内存资源管理策略。实验数据表明,REMOCA能有效地降低页面抖动对虚拟机性能的影响,并在很大程度上提升虚拟机中I/O密集型应用的性能。     

基于虚拟机动态迁移技术的研究

本文从虚拟机相关理论出发,对虚拟机动态迁移技术进行了简单介绍。     

基于虚拟机动态迁移的负载均衡策略

针对数据中心由于异构节点资源利用率不均衡导致的负载均衡问题,本文提出了一种基于动态阈值的迁移时机判决算法与基于负载类型感知的选择算法相结合的虚拟机动态迁移选择策略.该策略先通过监控全局负载度与高低负载节点占比动态调整状态阈值,并结合负载评估值判断迁移时机;再分析虚拟机负载类型,依据虚拟机与节点资源的依赖度、虚拟机当前内存带宽比和虚拟机贡献度选择待迁移虚拟机,并根据虚拟机与目的节点的资源匹配度与迁移代价选择目的节点,实现对高负载与低负载节点的虚拟机动态调整,从而优化节点资源配置问题.实验结果表明,该策略可以有效减少虚拟机迁移次数并保证数据中心服务质量,最终改善数据中心的负载均衡能力.     

虚拟机动态迁移中的安全分析

网络计算与"云计算"兴起过程中,其基础技术虚拟化技术发展迅速。计算机虚拟化的动态迁移,是重要的虚拟化应用功能。基础的动态迁移协议较简单,存在安全可信的隐患。在Xen虚拟化的平台下,测试了现有虚拟化动态迁移组件的使用对动态迁移本身的性能影响,提供了基于网络嗅探及地址解析协议(address resolution protocol,ARP)欺骗技术的攻击方案,验证了其安全防护能力的不足,提出了解决方案。     

INTER-VMM:融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型

低能量消耗与物理资源的充分利用是绿色云数据中心构造的两个主要目标,需要采用虚拟机迁移模型来完成优化,为此提出了融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型INTER-VMM（Interrelation approach in virtual machine migration）。INTER-VMM设计了云数据中心的基于多维物理资源约束的能量消耗模型,是一种将主机负载检测、虚拟机选择及放置结合起来考虑的虚拟机迁移策略。在虚拟机选择中采用HPS（High CPU utilization selection）选择法,选择超负载物理主机上CPU利用率最高的一个虚拟机,让其进入候选迁移虚拟机列表中。在虚拟机放置中采用空间感知分配（Space aware placement, SAP）放置法,考虑了充分利用物理主机空余空间使用效率的方法。仿真结果表明,INTER-VMM比近几年来常见的虚拟机迁移策略具有更好的性能指标,对云服务提供商具有很好的参考价值。     

一种高效的虚拟机动态内存迁移方法

内存预拷贝是虚拟机动态迁移的主流策略,但是传统内存预拷贝算法是以脏页量为工作集,这对数据修改量小但在内存中分布较广的虚拟机环境来说,总体呈现迭代次数普遍较高、迁移总时间较长和迁移数据量较大的缺点。针对这一问题,提出了基于页内脏数据的预拷贝算法,该算法用以页为单位的脏数据作为工作集,并引入了新的数据结构记录页内脏数据。相比于以脏页为工作集粒度的传统内存预拷贝算法,该算法的工作集不仅能更准确地反映虚拟机的实际迁移环境,而且粒度明显细化,使得工作集小于预先设定的阈值的几率较大,从而可以减少迁移数据冗余,降低迭代次数,缩短迁移时间,降低迁移带宽。实验表明,该算法具有较高的虚拟机动态迁移效率。     

面向业务特征的自适应虚拟机迁移带宽分配算法

虚拟机动态迁移是支持绿色云计算环境的重要技术,迭代时间和宕机时间是迁移性能的衡量指标,而虚拟机迁移时使用的网络带宽和业务运行产生的内存脏页是影响迁移性能的重要因素,因此合理分配迁移带宽和减少脏页率能够有效缩短迭代时间和宕机时间.该文提出了一种面向业务特征的自适应虚拟机迁移带宽分配算法,通过对迁移过程中脏页率的分析,预测运行业务的网络带宽使用量,自适应分配虚拟机迁移带宽;引入带宽调整系数,有效处理迁移过程中的业务数据抖动现象,从而确保预测的合理性.这一算法能够在保证迁移性能和系统可靠性的同时,减少迭代时间和宕机时间.实验表明在带宽资源有限的前提下,该方法能够合理利用空闲带宽资源,提高迁移性能,确保业务服务质量.     

虚拟机动态迁移远程属性证明简

随着互联网和企业提高资源利用率,其基础技术虚拟化技术发展迅速。同时虚拟化的动态迁移,是实现资源调度灵活性和可行性必要条件。动态迁移涉及方面广,导致安全问题突出。在Xen虚拟化的平台下,引入了虚拟PCR（vPCR）和属性的概念,利用可信属性认证协议将数据与系统安全属性封装起来保护,同时保护多个虚拟机系统中数据的安全,不受虚拟机系统配置变化的影响,保证虚拟机动态迁移安全性。     

面向云计算的虚拟机动态迁移框架

根据云计算平台的特点,提出一种新型虚拟机动态迁移框架,并在Xen和KVM这2种典型的开源虚拟机监控器基础上,实现原型系统。测试结果表明,在不同类型计算资源的环境下,该动态迁移框架具有良好的性能,能够对动态迁移进行实时控制,从而满足服务等级协议的要求。