【摘要】：隨著虛擬集群中虛擬機(jī)數(shù)目的增加,單個(gè)虛擬機(jī)的出錯(cuò)往往會(huì)使得整個(gè)虛擬集群失效的概率也隨之增加。因此,提高虛擬集群的可靠性,為其提供容錯(cuò)支持,在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)保證程序運(yùn)行的連續(xù)性和正確性是虛擬集群系統(tǒng)研究、發(fā)展、完善過程中必須要解決的一個(gè)重要問題。 多虛擬機(jī)協(xié)同檢查點(diǎn)容錯(cuò)系統(tǒng)VirtCFT提供了一種對上層應(yīng)用和整個(gè)操作系統(tǒng)具有透明性的,特別是針對擁有消息通信機(jī)制的虛擬集群環(huán)境的新的容錯(cuò)解決方案。VirtCFT周期性地對各虛擬機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)同步,并通過避免網(wǎng)絡(luò)通信信道中間數(shù)據(jù)包對虛擬機(jī)檢查點(diǎn)狀態(tài)的影響來使得整個(gè)虛擬集群中的虛擬機(jī)在達(dá)到全局一致性狀態(tài)時(shí)做檢查點(diǎn)備份。VirtCFT以上述方式來保證虛擬集群出錯(cuò)恢復(fù)時(shí)的正確性,在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)能夠迅速檢測到錯(cuò)誤的產(chǎn)生并執(zhí)行恢復(fù)操作,使得虛擬集群能夠保持正常運(yùn)行。不同于傳統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)需要修改應(yīng)用和操作系統(tǒng)代碼,VirtCFT提供了一套對應(yīng)用和操作系統(tǒng)完全透明的容錯(cuò)平臺(tái),其所有的控制命令以及功能模塊都在其所保護(hù)的虛擬機(jī)非特權(quán)域之下的虛擬層中實(shí)現(xiàn),因此,現(xiàn)有應(yīng)用軟件或者操作系統(tǒng)不需要做出任何修改或調(diào)整的情況下就可以直接在該系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行并獲得容錯(cuò)保護(hù)。另外,VirtCFT結(jié)合內(nèi)存和IO虛擬化技術(shù),采用虛擬機(jī)檢查點(diǎn)增量式備份策略進(jìn)行CPU、內(nèi)存、磁盤等狀態(tài)在內(nèi)的全系統(tǒng)狀態(tài)的冗余備份,同時(shí)對虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)在特權(quán)域中進(jìn)行集中式管理,在提供透明性的同時(shí)降低了虛擬集群容錯(cuò)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間開銷。 VirtCFT多虛擬機(jī)協(xié)同檢查點(diǎn)容錯(cuò)系統(tǒng)基于Xen虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。采用Python編寫用戶層工具,采用C語言編寫內(nèi)核層功能模塊。功能測試表明:系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)出錯(cuò)后對虛擬集群的容錯(cuò)恢復(fù),并保證最終運(yùn)行結(jié)果的正確性。對于計(jì)算密集型測試,提供透明性及通用性容錯(cuò)所引入的運(yùn)行時(shí)間開銷不超過30%。出錯(cuò)恢復(fù)時(shí)間為4.51秒~ 5.46秒。
【圖文】：

圖 2.1 虛擬集群容錯(cuò)場景圖在設(shè)計(jì)多虛擬機(jī)協(xié)同檢查點(diǎn)容錯(cuò)系統(tǒng)的過程中，最重要的一項(xiàng)參數(shù)即是要保證恢復(fù)后運(yùn)行結(jié)果的正確性。虛擬機(jī)之間的消息交互會(huì)使得對整個(gè)虛擬集群做檢查的過程中產(chǎn)生一致性問題。為此，在對整個(gè)虛擬集群建立檢查點(diǎn)的時(shí)候，一定要慮虛擬機(jī)之間的協(xié)調(diào)同步并保證所有虛擬機(jī)檢查點(diǎn)備份鏡像所組成的狀態(tài)是全局致性的。Chandy 和 Lamport[27]給出了關(guān)于全局一致性檢查點(diǎn)的正式的解釋。概括來說，所謂一致性全局狀態(tài)就是指，所有虛擬機(jī)檢查點(diǎn)中不含有這樣的一個(gè)信息，在某個(gè)檢查點(diǎn)中是記錄被接收了，可是卻找不到一個(gè)包含記錄它被發(fā)送的檢查點(diǎn)�；謴�(fù)到此狀態(tài)并從它繼續(xù)執(zhí)行，后續(xù)執(zhí)行過程將與它之前的執(zhí)行過程組成一個(gè)合的執(zhí)行全過程。在由虛擬機(jī)所組成的虛擬集群網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，，若只是對單個(gè)虛擬機(jī)別做檢查點(diǎn)備份，那么是可能引起全局狀態(tài)的不一致性的，這是由通信通道中消記錄的錯(cuò)誤順序或者狀態(tài)丟失造成的。與一致性全局狀態(tài)對應(yīng)，在虛擬集群環(huán)境下，如果對每個(gè)虛擬機(jī)做檢查點(diǎn)所組

圖 2.1 Xen 體系結(jié)構(gòu)在 Xen 中，Xen Hypervisor 是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和硬件之間的軟件層，它擬機(jī)之間進(jìn)行 CPU 調(diào)度和內(nèi)存分配。Xen Hypervisor 不僅抽象出了硬件制虛擬機(jī)的執(zhí)行，它為其上運(yùn)行的所有虛擬機(jī)提供了一個(gè)共享的處理環(huán)境rvisor 并不會(huì)直接處理網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備、視頻以及其他 I/O。實(shí)際的硬件是在 Xen 所附帶的特殊控制域 Domain0 中。Domain 0 是一個(gè)修改過的 L是唯一運(yùn)行在 Xen Hypervisor 之上的特權(quán)虛擬機(jī)，它擁有直接訪問物理 I/限，同時(shí)負(fù)責(zé)和系統(tǒng)上運(yùn)行的其他虛擬機(jī)進(jìn)行交互。Domain 0 中包含兩個(gè)后端驅(qū)動(dòng)和塊設(shè)備后端驅(qū)動(dòng)，分別負(fù)責(zé)處理來自非特權(quán)域 Domain U 的網(wǎng)盤請求。網(wǎng)絡(luò)后端驅(qū)動(dòng)直接和本地網(wǎng)絡(luò)硬件進(jìn)行通信以處理所有來自 Do戶操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)請求。塊設(shè)備后端驅(qū)動(dòng)和本地存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行通信以處ain U 的讀寫請求，所以可見，對虛擬機(jī)的具體網(wǎng)絡(luò)和磁盤請求的處理最 Domain0 中的。除此之外，Xen 在 Domain0 的用戶空間還提供了一系列控制工具（Linux 守護(hù)程序）。這些服務(wù)運(yùn)行在 Domain 0 中，支持對虛擬
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP302.8

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本文編號：2675538