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摘 要：隨着各种计算机软件应用的增加，如何有效利用系统范围内的资源成为一个关键问题。基于负载均衡的虚拟机动态迁移算法是实现资源有效利用的重要手段之一。本文从专利文献的角度对该领域方法进行了综述，厘清了其发展脉络与趋势，为该领域的今后发展提供了一定借鉴意义。
关键词：负载均衡；虚拟机；动态迁移
1.引言
在分布式计算环境下，往往会出现工作负载不均衡的情况，大大降低了系统范围内资源的利用率。负载均衡[1]算法是实现资源有效利用的重要手段，虚拟化技术[2]为负载均衡方案提供了一种有效的解决办法。虚拟机迁移的主要目的是实现虚拟机与主机的重映射，提高系统的资源利用率，增强系统可靠性。虚拟机迁移机制因其资源颗粒大及应用无关性等优点成为实现负载均衡算法的一种有效机制。
2.虚拟机动态迁移技术类专利申请整体状况分析
2.1全球专利申请分析
图1显示出了虚拟机动态迁移全球专利的申请人区域分布状况，其中美国几乎占了全球专利申请量的一半，这是由于虚拟机动态迁移技术最开始就是由国际商业机器公司，即IBM提出来的，对虚拟机动态迁移技术的发展起着非常重要的作用。同时涉及虚拟化技术最大的公司VMware对虚拟机动态迁移的研究也很全面。而中国的发展虽然比较晚，但是发展非常迅速。到2016年有关虚拟机动态迁移技术的专利申请量已经占到了全球申请量的18%，这就表示虚拟机动态迁移技术在中国已经是一个比较成熟的技术。
2.2国内分析
图2显示出了虚拟机动态迁移国内的主要申请人分布图，申请人主要集中在IT通信设备公司、高校和网络运营商，其中IT通信设备公司中华为的申请量最多，是其他申请人的3倍之多；高校类北京航空航天大学的申请量最多；IT运营商中中国移动申请量最大。这反映了国内在虚拟机动态迁移技术的研究华为最为先进。
3.基于负载均衡的虚拟机动态迁移技术
下面分别列出涉及负载均衡的虚拟机迁移的核心专利：
（1） 传统算法：着重于负载的考虑范围，从简单的资源利用情况到更具体的负载信息包括哪些内容，以及负载信息还可以从CPU亲和力的角度考虑。
US2007271560 A1 （微软公司，2007年申请）公开了一种基于工作负载表征将虚拟机部署到主机的方法，该方法在考虑了可从候选主机（迁移目的主机）获得的资源以及候选VM（迁移源虚拟机）所需的资源的情况下确定是否将候选VM部署到候选主机。
CN101504620A（华为技术有限公司，上海交通大学，2009年申请）公开了一种虚拟化集群系统负载平衡方法，通过获取虚拟化集群系统中物理节点中虚拟机的负载信息，根据负载信息在第一时刻得到第一负载信息，根据第一负载信息调整物理节点中虚拟机的CPU使用率和内存使用大小；根据负载信息在第二时刻得到第二负载信息，根据第二负载信息调整虚拟化集群系统中物理节点间虚拟机的迁移。
（2） 进一步的改进算法：更全面地考虑负载均衡算法的运用，结合负载均衡算法与其他算法一同决定迁移目的地，或者在负载均衡算法中具体研究各负载信息例如CPU、内存等之间的权重设置。
CN101452406A（北京航空航天大学，2008年申请）公开了一种对操作系统透明的机群负载平衡方法，机制中有三种算法可以决定被迁移的虚拟处理器以及目标节点，它们分别是负载均衡自适应算法，缺页引导算法和I/O操作引导算法负载均衡算法具有最高的优先级，缺页引导算法次之，I/O引导算法优先级最低，在产生冲突时，根据各算法的优先级决定迁移的目标节点。
CN102232282A（华为技术有限公司，2010年申请）公开了一种实现数据中心资源负载均衡的方法及装置，技术方案中的方法包括：获取调度域内各物理机属性的当前利用率，并根据当前利用率确定剩余能力满足当前分配任务的物理机；根据当前利用率确定调度域属性的负载均值，并根据负载均值及对物理机属性的负载预测值计算物理机的负载方差值；选择负载方差值最小的物理机部署当前分配任务。该技术方案能够解决用户需求规定和物理服务器规定不一致造成的物理服务器负载不均衡问题。
（3） 新的研究方向：负载预测技术、最优化算法和云计算的应用
CN102790793A（北京邮电大学，2012年申请）提出了一种面向云计算虚拟机迁移的决策方法及控制模块。首先，通过迁移触发模块设置系统负载阈值，并利用负载预测技术，使系统有效避免瞬间负载峰值触发不必要的虚拟机迁移；然后，虚拟主机选择模块根据迁移代价最小策略选择所要迁移的虚拟主机，把虚拟机迁移代价降到最低，节约系统资源；最后，目的节点选择模块提出基于加权概率选择算法的目的节点选择策略，有效解决了因大量虚拟机迁移引发的群聚冲突问题。
CN103576829A（复旦大学，2012年申请） 属于基础设施即服务型（Iaas）云计算领域，提出了一种基于混合遗传算法的云计算虚拟机动态调度方法。本发明根据三个优化目标，计算得出最优化的虚拟机放置策略，作为最终的结果；周期性地执行本发明所述算法，通过虚拟机的动态迁移，实现虚拟机合理放置，提高资源利用率，节省资源。本发明能解决当前云计算中心中资源利用率不高的问题，适应当前云计算中心的自动化管理要求。
（4） 集群系统中的虚拟机负载均衡
CN104184813A（杭州华为数字技术有限公司，2014年申请）提出了一种虚拟机的负载均衡方法，该方法用于包括管理节点和多个计算节点的集群系统；管理节点确定集群系统中需要进行负载均衡的多个虚拟机，多个虚拟机分布地运行在集群系统中的多个计算节点的部分或全部计算节点上；根据多个虚拟机之间的网络流量关系，将多个虚拟机划分为至少一个虚拟机簇；针对每个虚拟机簇生成迁移建议，并向虚拟机簇中包括的一个或多个虚拟机宿主的源计算节点发送迁移建议，以便于虚拟机簇包括的全部虚拟机被迁移到或宿主在目标计算节点上。
CN105187512A（航天恒星科技有限公司，2015年申请） 提供了一种虚拟机集群负载均衡方法及系统，本申请提供不但能实现虚拟化平台集群内部的负载均衡，而且能够实现虚拟化平台各集群间的负载均衡，这使得整个虚拟化平台资源配置更加优化，从而提高了不同集群间以及集群内资源的利用率，减少了资源浪费。
4.结论
随着虚拟机动态迁移技术在全球范围内的关注日益提高，针对它所申请的专利也日益增多，因此我国各企业高校等单位有必要也在此领域增加科研投入，早日形成专利布局和专利壁垒，这无论对于日后的高性能任务处理还是最大化利用资源都具有重要意义。
参考文献
[1] Above the clouds： A Berkeley view of cloud computing [EB/OL]. http：//www.eec.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009 28.html.
[2] 王庆波，何乐，赵阳.虚拟化与云计算[M]. 北京电子工业出版社，2010：115.
关键词：负载均衡；虚拟机；动态迁移
1.引言
在分布式计算环境下，往往会出现工作负载不均衡的情况，大大降低了系统范围内资源的利用率。负载均衡[1]算法是实现资源有效利用的重要手段，虚拟化技术[2]为负载均衡方案提供了一种有效的解决办法。虚拟机迁移的主要目的是实现虚拟机与主机的重映射，提高系统的资源利用率，增强系统可靠性。虚拟机迁移机制因其资源颗粒大及应用无关性等优点成为实现负载均衡算法的一种有效机制。
2.虚拟机动态迁移技术类专利申请整体状况分析
2.1全球专利申请分析
图1显示出了虚拟机动态迁移全球专利的申请人区域分布状况，其中美国几乎占了全球专利申请量的一半，这是由于虚拟机动态迁移技术最开始就是由国际商业机器公司，即IBM提出来的，对虚拟机动态迁移技术的发展起着非常重要的作用。同时涉及虚拟化技术最大的公司VMware对虚拟机动态迁移的研究也很全面。而中国的发展虽然比较晚，但是发展非常迅速。到2016年有关虚拟机动态迁移技术的专利申请量已经占到了全球申请量的18%，这就表示虚拟机动态迁移技术在中国已经是一个比较成熟的技术。
2.2国内分析
图2显示出了虚拟机动态迁移国内的主要申请人分布图，申请人主要集中在IT通信设备公司、高校和网络运营商，其中IT通信设备公司中华为的申请量最多，是其他申请人的3倍之多；高校类北京航空航天大学的申请量最多；IT运营商中中国移动申请量最大。这反映了国内在虚拟机动态迁移技术的研究华为最为先进。
3.基于负载均衡的虚拟机动态迁移技术
下面分别列出涉及负载均衡的虚拟机迁移的核心专利：
（1） 传统算法：着重于负载的考虑范围，从简单的资源利用情况到更具体的负载信息包括哪些内容，以及负载信息还可以从CPU亲和力的角度考虑。
US2007271560 A1 （微软公司，2007年申请）公开了一种基于工作负载表征将虚拟机部署到主机的方法，该方法在考虑了可从候选主机（迁移目的主机）获得的资源以及候选VM（迁移源虚拟机）所需的资源的情况下确定是否将候选VM部署到候选主机。
CN101504620A（华为技术有限公司，上海交通大学，2009年申请）公开了一种虚拟化集群系统负载平衡方法，通过获取虚拟化集群系统中物理节点中虚拟机的负载信息，根据负载信息在第一时刻得到第一负载信息，根据第一负载信息调整物理节点中虚拟机的CPU使用率和内存使用大小；根据负载信息在第二时刻得到第二负载信息，根据第二负载信息调整虚拟化集群系统中物理节点间虚拟机的迁移。
（2） 进一步的改进算法：更全面地考虑负载均衡算法的运用，结合负载均衡算法与其他算法一同决定迁移目的地，或者在负载均衡算法中具体研究各负载信息例如CPU、内存等之间的权重设置。
CN101452406A（北京航空航天大学，2008年申请）公开了一种对操作系统透明的机群负载平衡方法，机制中有三种算法可以决定被迁移的虚拟处理器以及目标节点，它们分别是负载均衡自适应算法，缺页引导算法和I/O操作引导算法负载均衡算法具有最高的优先级，缺页引导算法次之，I/O引导算法优先级最低，在产生冲突时，根据各算法的优先级决定迁移的目标节点。
CN102232282A（华为技术有限公司，2010年申请）公开了一种实现数据中心资源负载均衡的方法及装置，技术方案中的方法包括：获取调度域内各物理机属性的当前利用率，并根据当前利用率确定剩余能力满足当前分配任务的物理机；根据当前利用率确定调度域属性的负载均值，并根据负载均值及对物理机属性的负载预测值计算物理机的负载方差值；选择负载方差值最小的物理机部署当前分配任务。该技术方案能够解决用户需求规定和物理服务器规定不一致造成的物理服务器负载不均衡问题。
（3） 新的研究方向：负载预测技术、最优化算法和云计算的应用
CN102790793A（北京邮电大学，2012年申请）提出了一种面向云计算虚拟机迁移的决策方法及控制模块。首先，通过迁移触发模块设置系统负载阈值，并利用负载预测技术，使系统有效避免瞬间负载峰值触发不必要的虚拟机迁移；然后，虚拟主机选择模块根据迁移代价最小策略选择所要迁移的虚拟主机，把虚拟机迁移代价降到最低，节约系统资源；最后，目的节点选择模块提出基于加权概率选择算法的目的节点选择策略，有效解决了因大量虚拟机迁移引发的群聚冲突问题。
CN103576829A（复旦大学，2012年申请） 属于基础设施即服务型（Iaas）云计算领域，提出了一种基于混合遗传算法的云计算虚拟机动态调度方法。本发明根据三个优化目标，计算得出最优化的虚拟机放置策略，作为最终的结果；周期性地执行本发明所述算法，通过虚拟机的动态迁移，实现虚拟机合理放置，提高资源利用率，节省资源。本发明能解决当前云计算中心中资源利用率不高的问题，适应当前云计算中心的自动化管理要求。
（4） 集群系统中的虚拟机负载均衡
CN104184813A（杭州华为数字技术有限公司，2014年申请）提出了一种虚拟机的负载均衡方法，该方法用于包括管理节点和多个计算节点的集群系统；管理节点确定集群系统中需要进行负载均衡的多个虚拟机，多个虚拟机分布地运行在集群系统中的多个计算节点的部分或全部计算节点上；根据多个虚拟机之间的网络流量关系，将多个虚拟机划分为至少一个虚拟机簇；针对每个虚拟机簇生成迁移建议，并向虚拟机簇中包括的一个或多个虚拟机宿主的源计算节点发送迁移建议，以便于虚拟机簇包括的全部虚拟机被迁移到或宿主在目标计算节点上。
CN105187512A（航天恒星科技有限公司，2015年申请） 提供了一种虚拟机集群负载均衡方法及系统，本申请提供不但能实现虚拟化平台集群内部的负载均衡，而且能够实现虚拟化平台各集群间的负载均衡，这使得整个虚拟化平台资源配置更加优化，从而提高了不同集群间以及集群内资源的利用率，减少了资源浪费。
4.结论
随着虚拟机动态迁移技术在全球范围内的关注日益提高，针对它所申请的专利也日益增多，因此我国各企业高校等单位有必要也在此领域增加科研投入，早日形成专利布局和专利壁垒，这无论对于日后的高性能任务处理还是最大化利用资源都具有重要意义。
参考文献
[1] Above the clouds： A Berkeley view of cloud computing [EB/OL]. http：//www.eec.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009 28.html.
[2] 王庆波，何乐，赵阳.虚拟化与云计算[M]. 北京电子工业出版社，2010：115.