基于虚拟机动态迁移技术的分析和研究

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1、国防科学技术大学硕士学位论文基于虚拟机动态迁移技术的分析和研究姓名：李永申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：吴庆波20071001国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文摘要随着网络的日益发展和信息化建设水平的不断提高，企业的业务增长总是要求lT基础设施不断扩展，政府和企业经常需要增加服务器以支持新应用，而这必然导致许多服务器无法得到充分利用，致使网络管理成本大幅度增加，灵活性和可靠性降低。同时网络的要点就是资源共享，在服务器分工明确的前提下，是否能够做到稳定和均衡的资源利用呢?采用服务器集群和虚拟服务器软件就可以实现。高可用性集群系统(highavailabilitys

2、ystem)是由集群软件监控，具有多台服务器互相冗余的系统。此系统通过集群软件提供的故障监测和故障处理能力，可保证业务的连续性。高可用性集群系统的主要目的是将计划内及计划外宕机时间减少到最少；其次是减少恢复一个失败系统的时问，即应在最短的时间内恢复系统的运行。高可用性即确保计算机系统的运行时间达到99．999％。在集群系统中，各节点的负载分布情况在很大程度上影响着系统的执行效率和整个集群环境的可用性。动态迁移技术能动态的均衡系统的负载，支持系统的负载平衡，确保系统合理有效的利用资源，提高系统整体性能。上个世纪80年代，进程的迁移提高了操作系统的可用性，然而进程的迁移却显示了很多

3、的缺点。因此人们提出了在虚拟机上的整个OS的迁移。基于虚拟化技术的OS迁移思想是在原域运行的过程中，将OS迁移到其它域上运行，并且对原域资源的访问能够延续，简单的说，OS的迁移过程就是OS状态保存、迁移及在其它域上运行的过程。如果迁移中存在一个极少使用状态的系统，那么迁移这样一个系统将是很简单的事情。在实际集群计算环境中，系统都会有大量的状态信息，并且随着操作系统的不断发展，状态信息的数量和多样性在不断的增长，因此，系统的迁移机制相对较复杂。目前动态迁移技术是是国际上比较活跃的研究课题之一，是集群研究领域的一个瞩目的焦点，许多学者和科技工作者在进一步深入研究。本课题主要分析了目

4、前计算领域具有较大难度和挑战性的前沿技术⋯集群环境下基于虚拟机的动态迁移技术，通过对相关技术资料的搜集、整理，深入分析了影响集群系统和虚拟化性能的主要因素。搜集了大量相关进程迁移的资料，深入分析了各个操作系统的进程迁移机制，归纳总结了进程迁移机制的不同实现目的，分析了每个进程迁移策略的优势和缺陷，为我们课题的顺利进展，做好知识铺垫。在研究进程迁移机制的基础上，对各个虚拟化技术产品进行了分析总结，研究了虚拟化技术的跨物理节点的动态迁移，分析和研究了目前主要的虚拟化技术中的动态迁移机制。虚拟化技术的动态迁移，是虚拟化技术中影响其性能的一项关键技术。研究了开源虚拟机软件Xen，对Xe

5、n的动态迁移代码进行了解析，第i页国防科学技术大学研究生院工程硕十学位论文整理出了Xen的迁移框架，对框架中的两种迁移机制给出了实现流程图，同时分析了两种迁移机制的优缺点。在做好这些大量准备工作的基础上，针对虚拟软件Xen，设计了一套具有高可用性的基于虚拟服务器的动态迁移框架和两个迁移的优化算法。针对框架，给出了每个模块的实现流程、所实现的功能，同时对我们设计的框架和Xen的框架作了对比分析，总结了我们框架的优势和特色。对提出的两个算法，设计了算法的重要数据结构、算法的实现流程，同时根据集群系统和虚拟化技术的需要，对算法进行了理论和数学上的分析。内存紧压缩算法充分利用虚拟机中的

6、气球驱动程序，对要迁移域实行内存紧压缩，降低了迁移的运行时间和目标域的启动时间；脏页防抖动分层算法，通过对迁移中出现的脏页进行分层，并且设计了防抖动阂值，很好的解决了迁移中的脏页问题，两个算法都集成在迁移的整体框架中。为了验证框架和算法的可行性和实效性，搭建了测试环境，做了大量的测试。经过实验测试证明，这两个优化算法在一定程度上减少了迁移对网络服务的影响，达到了一定的优化目的。提高了集群系统跨物理节点的可用性和可靠性。论文完成的主要工作是“国家863重点项目(2006AA012188)“基于虚拟化技术的商业高端刀片服务器系统”的重要组成部分，对于我们研究动态迁移具有很好的理论和

7、实践意义。主题词：虚拟化，集群系统，动态迁移，分层拷贝，xen第ii页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文ABSTRACTWitllthegrowingofnetworkandtheimprovementofthebuildingoftheinformation,theenterprise’SbusinessgrowthkeepsdemandingITinfrastructurecontinuestOexpandThegovernmentandtheenterprisesoftennee