云计算中基于预拷贝的虚拟机动态内存迁移研究

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虚拟化技术将计算机硬件资源抽象,对抽象资源重新分配,提高计算机物理硬件资源利用率。作为虚拟化技术中十分重要的技术,虚拟机动态迁移技术可以在几乎不停机的情况下,将虚拟机迁移到新的目的主机上,避免了长时间停机对虚拟机上运行的应用程序带来影响。但是在云平台中,虚拟机迁移过程中的业务需求随时变化,导致不断有新的数据写入内存,增加虚拟机内存迁移的难度,影响了虚拟机动态迁移和应用程序的性能,最终会影响云平台对外提供服务。因此,虚拟机动态迁移的研究,对云平台而言十分必要。基于预拷贝的内存拷贝方法被广泛应用于各类主流虚拟化平台中,例如KVM的内存拷贝就是默认采用预拷贝方法。在低负载情况下,虚拟机动态迁移可以顺利进行,但是在高负载导致脏页率变高的情况下,由于物理带宽不足,被修改的内存页面无法及时、顺利传输到目的主机而逐渐积累,最终导致虚拟机动态迁移失败。针对虚拟机在高负载情况下迁移失败的问题,本文在分析停机条件和脏页生成原因的基础上进行改进,主要是通过减少脏页生成和脏页重复传输。在脏页收敛速度开始下降时减少CPU的运行时间,以减少写入内存的数据量。通过限制CPU的活动使得脏页生成速率小于带宽传输速率,保证迁移能够顺利进行,并且减少了迭代拷贝时间。通过记录内存页面变脏的历史数据,判断内存页面是否为频繁变脏页面,将频繁变脏页面通过修改内存页面拷贝策略本轮不传输。该方法可以减少频繁变脏页面的重复传输以及减少脏页传输数据量。本文基于KVM搭建实验平台,验证限制CPU活跃程度和减少脏页重复传输算法的可行性。最终实验结果表明,本文提出的改进算法在负载较高的情况下,可以有效减少传输的脏页数据量,减少了迁移时间。本文算法由于在收敛速度下降时就会减少CPU的运行时间,因此在负载较高时,脏页也可以以较高速度收敛,这样减少了最后一轮传输的脏页数据量,最终减少了停机拷贝时间。
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