● 摘要
虚拟机所拥有的良好的封装性、隔离性和可迁移性使得虚拟机和虚拟化技术在数据中心、信息安全、企业服务器融合等诸多领域取得了飞速发展。随着虚拟化技术的广泛应用，虚拟机的可用性问题逐步成为虚拟化和高可用系统领域的研究热点。一方面，随着越来越多的核心应用逐步迁移至虚拟化平台，单一物理计算机上运行了更多的虚拟机实例，并支撑了更多服务。这样，若物理计算机发生故障，将会对更多的应用程序和服务产生影响，从而带来重大损失；另一方面，虚拟机监控器本身引入的复杂度也为虚拟机带来了可用性方面的问题。在这样的背景下，本文以虚拟机可用性理论和虚拟机在线迁移技术为基础，设计并实现了一种基于虚拟机持续迁移技术的可用性保障机制。通过持续迁移机制，虚拟机能够在运行的过程中持续不断地将自身的状态同步到备份系统，从而在发生故障时通过备份虚拟机实例快速恢复虚拟机的运行。本文首先分析了虚拟机持续迁移机制的理论依据，明确了系统的功能需求和设计目标；然后从缩短故障带来的停机时间和保障虚拟机状态一致性两个方面出发，给出了虚拟机持续迁移系统的设计，并详细讨论了系统中若干关键技术和核心模块的实现细节；最后通过实验对系统的可用性指标和性能指标进行了验证。实验数据表明，针对外部环境、底层硬件和宿主操作系统发生的故障，持续迁移系统能够在数百毫秒内恢复虚拟机的运行，有效地缩短了故障带来的系统停机时间，提高了虚拟机的可用性。本文设计的基于持续迁移技术的虚拟机可用性保障机制具有以下特点：1、将虚拟机作为保护对象，在虚拟化层内部提供了故障检测和处理逻辑，保证安装在虚拟机内部的操作系统和应用程序不需要进行修改即可获得良好的容错性； 2、设计并实现了虚拟机的持续迁移机制，解决了现有虚拟机在线迁移技术总迁移时间较长、难以应对突发性故障的问题；3、提出了保障虚拟机状态一致性的充要条件，并通过迁移数据缓存算法、带缓存的磁盘设备驱动及三阶段提交协议为迁移过程中虚拟机的状态提供了保护
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