云计算中虚拟机迁移策略的研究PPT课件.ppt

虚拟机动态迁移策略的研究 演讲者 张灵敏 目录 背景和意义虚拟机动态迁移简介主流算法的介绍及其改进总结 背景和意义 背景 云计算应用 负载均衡 节能 动态维护等 虚拟机动态迁移技术简介 文件系统 通过文件系统NFS的方式解决 网络状态 XEN已经实现了局域网内的网络连接重定向 通过发送ARP重定向包 将虚拟机的IP地址与目的机器的MAC地址绑定 之后的所有就可以发送的到目的机器上 内存状态 内存中数据量大 且内容是动态变化的 因此内存的迁移难度最大 虚拟机动态迁移的评估标准 最小中断 迁移时停机时间最小 因为在停机时间内任何服务都无法执行 一致性 总迁移时间不要太长 因为这段时间内2台机器状态必须同步 可能影响稳定性 最小干扰 保证迁移不会通过资源竞争来干扰正在活动的服务 如cpu 网络带宽 透明性 迁移过程对用户是透明的 在迁移期间 要维持所有的网络连接 应用程序状态 主流动态迁移算法 Pre Copy 预复制 Post Copy 后续复制 CR RT Motion 基于检查点恢复与日志回放技术的虚拟机动态迁移算法 Pre copy算法及其改进 标准的Pre Copy 内存复制过程 1 预复制 将虚拟机的全部内存页面从源主机复制到目的主机 2 迭代复制 将上一轮过程中被修改过且到目前为止本轮复制过程中没有被修改过的页面迭代复制到目的主机 3 停机复制 将虚拟机剩余少量没有同步的内存页面和虚拟机系统运行信息复制到目的主机 标准Pre copy 续 最理想的情况 等同纯粹的Stop and Copy VM内存一直没有被改写 最糟糕的情况 负载较高时 内存修改较为频繁 可写工作集 内存页VM产生脏页的速率可能大于拷贝的速率 在最糟糕的情况下 pre copy算法需要对内存脏页面进行迭代传送 直到迭代次数和系统承受能力的上限被突破才会被迫停止迭代复制进入停机复制阶段 这样会很明显的增加系统的开销 并且引起很长的停机时间 Pre copy算法的改进 增加一个被命名为to send last的位图页 用来记录那些频繁更新的的页面 为了便于控制 出现重发 则这个页面就应该放入to send last位图中 基于次数序列的Pre Copy算法 N 代表次数序列数组to send h的最大长度 to send h用于保存to send位图的历史统计 K 代表高脏页面的阈值 使用历史脏页面集to send h来帮助决定是否传送页面p 基于增量压缩技术的Pre copy 以内存夜更新变换的增量来代替变化后页面本身的形势存储数据的方法 算法采用RLE算法来压缩增量页面 优点 增加了网络的吞吐量 缺点 源主机中的内容不停的被更新覆盖 而在内存中需要额外保存一个增量内存页面的副本 通过CPU调度优化的Pre Copy算法 通过调节CPU调度频率来减慢虚拟机内存的写 优点 降低代迁移内存页面的弄脏速率 达到快速收敛 缺点 损伤虚拟机的服务性能 甚至会出现服务中断 损害了动态迁移的透明性 Pre copy总结 优点 同静态复制算法相比 Pre copy算法缩短了停机时间 能达到毫秒级 不足 负载较高时 内存页面修改频繁 受网络带宽等因素影响 迭代无法收敛而进入强制停机复制阶段 会造成较大的系统开销 引起较长的停机时间和总迁移时间 Post copy算法及其改进 标准post copy 1 源主机向目的主机复制传送包括VCPU等系统状态在内的虚拟机在目的主机上能够运行的最小数据集 2 停止源虚拟机的运行 3 目的主机收到最小工作数据集后恢复虚拟机的运行 4 目的主机上的虚拟机开始通过网络从源虚拟主机拿取内存页面 1 基于按需取页 Demandpaging 当在destination的VM执行时遇到pagefault 就向sourcehost发出需求 此时sourcehostVM会传回造成错误的page 优点 每个页面只被传输一次 缺点 依赖于网络状况 网络往返的延迟会减慢虚拟机的性能 内存访问的不确定性 某些页面总不能被访问致使迁移在很长时间都不能完成 2 基于主动推送 ActivePush 为了改善 1 所带来的问题 除了造成pagefault的页面必须先传输外 sourcehost会从第一页page开始 不停的传送pages到destination端 变成主动的传输 能够有效的改善某些页面一直不被访问的访问的问题 3 基于页面预取 Pre paging 由于要预测缺页错误 pagefault 产生的情形相当困难 所以作者们利用读取内存常常读取一大块的特性 由造成缺页的那页邻近的页面作为传输的依据 能够大幅的改善缺页错误的情形 作者提出一个冒泡算法来作为pre paging的算法 首先 在还没有fault发生的情况下 从第一页page开始往下传输 接着 在发生pagefault后 从发生fault的那页page开始往前后两个方向传输 另外 当发生多次的pagefault时 可以从不同的地方分别开始传送page 当有两个方向的传输碰面的时候 就停止该方向的传输 此算法会一直持续到所有的page都被传送到destination端为止 Post copy和Pre copy迁移时间的对比 Post copy总结 优点 较Pre copy迁移时间短 缺点 Pull的初始阶段 性能较差 目前算法不稳定 如果迁移途中 目的主机崩溃 则VM的数据不可恢复 混合动态迁移算法 迁移准备阶段进行一次Pre Copy的全复制过程 虚拟机内存页面被全部复制传送完毕后 源主机随机暂停运行 源主机将待迁移的虚拟机的CPU状态和不可再分的内存脏页面复制到目的主机 目的主机开始恢复虚拟机的运行 发生缺页错误时 目的主机的VM通过网络从源虚拟机获取缺失页 还处在研究阶段 没有具体的实现和实施细节 优点 规避了迭代拷贝存在的问题 可以减少虚拟机的总迁移时间和网络带宽的消耗 缺点 因为也是基于缺页异常机制 所以缺点同Post copy CR TR Motion算法 CR TR Motion算法 源主机以copy on write的方式生成一个对用户操作系统透明的checkpoint 并传输给目的主机 目的主机接收checkpoint完毕 返回消息 目的主机就以一定时间间隔不断发送logfile 直到达到某终止条件 此期间 源主机不停运行服务 目的主机则不断根据接收得到的logfile进行基于checkpoint的回放 达到终止条件 源主机在传输完最后的logfile之后暂停 目的则在回放完最后的filelog之后接手服务 迁移步骤 初始化目的主机预留资源生成检查点迭代日志转移Waiting and Charing停机复制事务完成交接服务 CR TR Motion先决条件 日志文件的复制速率应大于日志文件的生成速率 log增长速率是1MB s LAN的传输速率是1GB s 日志文件的回放速率应大于日志文件的生成速率 虚拟机进程会因为I O事件而阻塞自己的运行 导致虚拟机会立即处理全部的I O事件 否则日志文件在源主机和目的主机上大量堆积 导致整个算法的失败 CR TR Motion总结 优点 所以对带宽的要求并不那么苛刻 总迁移时间和downtime明显缩短 对runningservice影响较小 并且对写密集应用有更好的适用性 缺点 在多核环境下 记录和回放内存race的代价是昂贵的 同Pre copy 会因为频繁的可写工作集导致总迁移时间过长 主流算法的对比 Pre Copy优点 相较于纯粹的Stop and copy 停机时间短缺点 总迁移时间较长 引起网络传输总量较多 对带宽要求较高 Post Copy优点 相较于Pre copy 总迁移时间缩短 缺点 Pull的初始阶段 性能较差 目前算法不稳定 如果