基于预拷贝的虚拟机动态内存迁移机制改进

针对内存预拷贝过程中迁移时间较长和内存页反复重传的特点,改进传统的内存动态迁移机制,引入马尔科夫预测模型,提出基于脏页概率预测的工作集测定算法。利用脏页的历史操作访问情况预测其下一轮迭代被修改的概率,只传输预测概率较低的页。实验结果表明,该算法缩短了迁移总时间和停机时间,能有效支持虚拟机动态迁移。

虚拟机内存迁移技术研究

虚拟机动态迁移技术是现今虚拟化技术的核心组成部分,给数据中心的管理与维护带来巨大的便利.针对局域网虚拟机动态迁移的预拷贝策略于2005年被提出,并因为其毫秒级的停机时间以及对应用较小的影响,被各大虚拟化平台广泛采用.与此同时,关注总体迁移时间的延迟拷贝策略也逐渐被业界接受.随着云计算的进一步发展,广域网虚拟机动态迁移的需求被提出,成为了目前学术界的研究热点.动态迁移中,最为复杂的部分为内存状态的迁移,保证数据的一致性是所有迁移策略的必要前提.综述了近几年来,虚拟机动态迁移领域中内存迁移技术的研究与发展,并指出目前研究中存在的问题以及今后的发展.

一种高效的虚拟机动态内存迁移方法

内存预拷贝是虚拟机动态迁移的主流策略,但是传统内存预拷贝算法是以脏页量为工作集,这对数据修改量小但在内存中分布较广的虚拟机环境来说,总体呈现迭代次数普遍较高、迁移总时间较长和迁移数据量较大的缺点。针对这一问题,提出了基于页内脏数据的预拷贝算法,该算法用以页为单位的脏数据作为工作集,并引入了新的数据结构记录页内脏数据。相比于以脏页为工作集粒度的传统内存预拷贝算法,该算法的工作集不仅能更准确地反映虚拟机的实际迁移环境,而且粒度明显细化,使得工作集小于预先设定的阈值的几率较大,从而可以减少迁移数据冗余,降低迭代次数,缩短迁移时间,降低迁移带宽。实验表明,该算法具有较高的虚拟机动态迁移效率。

一种基于脏页面延迟拷贝的虚拟机动态内存迁移方法

通过对虚拟机动态内存迁移过程中内存页面状态的分析,针对预拷贝算法中脏页面可能被重传这一特点,提出一种基于脏页面预测的迭代传送方法。该方法基于时间局部性原理,在页面迭代传送前对页面未来的变脏程度进行预测,根据预测结果对页面进行状态分类,并对处于不同状态的页面采取相应的传送策略。实验证明,与Xen采取的动态迁移方法相比,提出的方法减少了近10%的迁移总量。

一种自适应的KVM内存迁移方法

虚拟机迁移技术能够使云平台上的服务器资源得到更合理地分配和管理,在负载均衡,服务器故障、维护或整合等方面起到了重要的作用.预拷贝算法以其稳定性优势成为目前主流的虚拟机内存迁移方法,但是对于工作负载较高的场景,内存产生脏页的频率较高,需要不断传输重复的脏页,所以难以达到迭代的终止条件,使预拷贝的迭代时间变长,直接影响了迁移时间.本文提出了一种自适应脏页频率的内存预拷贝算法,使用时间间隔划分迭代轮次,在每轮迭代前计算上一轮中的脏页频率,根据脏页频率高低动态地调整时间间隔,当所有非脏内存页传输完成时停止迭代.通过实验表明,该方法能在并发高负载场景下有效提高虚拟机实时迁移的迁移时间和停机时间性能.

基于内存关联分析的预拷贝迁移优化策略

内存预拷贝迁移在密集型负载下存在内存脏页反复传输的问题,导致迭代轮数较多且大幅降低了内存预拷贝迁移的整体性能。脏页概率预测能够有效减少内存脏页反复传输的现象,然而现有脏页概率预测研究都只关注时间相关性而未考虑内存之间的空间相关性。针对该问题,提出一种基于内存关联分析的预拷贝迁移策略。通过脏页率对脏页下一轮变脏概率进行预测,设计Memory_cor算法计算出脏页的关联规则和关联内存页,避免变脏概率大的内存页及其关联内存页传输。实验结果表明,该策略在总迁移时间和停机时间上优于Xen预拷贝迁移方法。

基于DRAM牺牲Cache的异构内存页迁移机制

当海量数据请求访问异构内存系统时,异构内存页在动态随机存储器(dynamic random access memory, DRAM)和非易失性存储器(non-volatile memory, NVM)之间进行频繁的往返迁移.然而,应用于传统内存页的迁移策略难以适应内存页"冷""热"度的快速动态变化,这使得从DRAM迁移至NVM的"冷"页面可能在短时间内变"热"从而产生大量冗余的迁移操作.当前的相关研究都仅着眼于正在执行迁移的页面而忽视了等待迁移和完成迁移的页面,且判断"冷""热"程度的标准不一,使得冗余的迁移大量产生.因此,提出了一个基于DRAM牺牲Cache的异构内存页迁移机制(VC-HMM),使用非易失性存储器中工艺较为成熟的相变存储器(phase change memory, PCM),通过在DRAM和PCM之间增加一个由DRAM构成的小容量牺牲Cache将系统主存DRAM中变"冷"的页面迁移到牺牲Cache中,以避免主存页面在短时间内再次变"热"而造成的冗余迁移.同时,还使得迁回PCM的部分页面不需要写回,减少PCM存储单元的写入操作次数,延长PCM的使用寿命.另外,对于不同的工作负载,VC-HMM可以自适应设置迁移操作的参数,增加迁移的合理性.实验结果表明:与其他迁移策略(CoinMigrator, MQRA,THMigrator)相比,VC-HMM平均减少了至少62.97%的PCM写操作次数、22.72%的平均访问时延、38.37%的重复迁移操作以及3.40%的系统能耗.

虚拟机动态迁移方法

对虚拟机动态迁移方法的研究背景、研究意义以及研究现状进行综述,分别介绍了内存预拷贝迁移、内存后拷贝迁移、内存混合复制迁移和基于日志跟踪重现的迁移方法,对其算法思想、关键技术、实现机制以及性能等进行概括、分析和比较,并针对当前主流的预拷贝迁移的优化策略予以分类阐述。最后,对动态迁移方法有待深入的研究热点和发展趋势进行展望。