万方数据基于虚拟机执行过程重放的热迁移系统研究·软件与算法·计算机工程与设计ComputerEngineering丁丽萍1，武延军1migrationmachineexecutionLi—pin91，WUYan-junl胡晓昌m，(1．中国科学院软件研究所，北京100190；2．中国科学院研究生院，北京100049)ResearchoflivebasedvirtualreplaySciences，Beijing0引言l相关工作2010，31(19)4213摘要：为解决传统的基于检查点和内存预拷贝的系统热迁移在一些特定环境下存在停机时间过长的问题，提出了一种基于虚拟机执行过程迭代重放的备份热迁移方案，并对迁移过程中的开销较大的检查点设置操作进行了优化．与传统迁移方法进行量化比较分析结果表明，该方案缩短了检查点设置的停机时间，传输数据量更少，从而缩短了虚拟机迁移过程总的停机时间，为低速网络带宽的迁移环境提供了更好的解决方案．关键词：热迁移；虚拟机；系统容错；高可用；事件重放中图法分类号：TP302．8文献标识码：A文章编号：1000．7024(2010)19-4213．05Xiao-changu，DING(1．Institute00049，China)checkpoint,andmachine；fault-tolerance；high系统迁移技术最初主要应用子集群环境的进程迁移，用于解决系统容错和系统负载均衡等[1"210系统迁移在实际应用方面仍存在许多不足，如停机时间过长、对操作环境的依赖性过强等。虚拟机技术解除了被迁移对象对操作环境的依赖性，同时为整个系统状态的封装与迁移提供了便利，为系统迁移技术提供了更好的解决方案。而云计算等新型计算模式使互联网成为高可用系统新的基础设施，对热迁移提出了新的挑战。这些挑战包括：①互联网环境下的迁移面临网络环境复杂，带宽、延时不可预测等问题，恶劣的网络环境使传输大量内存数据变得非常困难：广域网范围内大数据量迁移更是成为系统热迁移的瓶颈；②迁移过程本身的安全性有待提高，整个迁移进程通过网络实现，迁移进程控制权和迁移过程中传输的数据都有可能被攻击者获取；③内存操作具有复杂性的特点。服务器环境下离散的内存操作可能导致较长的停机时间。本文通过研究分析不同环境下的典型虚拟机迁移系统，提出了一种基于虚拟机系统事件重放b1的高效率、低数据量的系统备份热迁移方案CASBER(Chineseacademyofsciencesbut'-replay)的设计和实现。目前实现的迁移技术主要有进程迁移和虚拟机系统迁移。1．1进程迁移进程迁移是实现一个进程及其执行环境由一个系统迁移到另一个系统。早期的进程迁移程序主要通过在整个集群环境内提供单一的系统镜像并且修改系统内核实现，进程状态如IPC(inter-processcommunication)、已打开的文件和系统调用等在许多情况下都由源主机处理。这种方法实现的迁移只能在集群环境内部实现，未能真正实现进程的执行环境的完全迁移。另一些系统迁移程序试图只修改应用层，从而可以运行在未经修改的商qk操作系统上。但是，这种迁移使得进程的运行缺少内核的支持，许多关键程序如进程间通信无法实现。冈而，这种方法只能应用在小数特定情况下。Zap虚拟操作系统接口实现进程计算环境迁移。Zap在操作系统之上实现了一个虚拟层，提供私有的命名空间。被迁移进程以及与作者简介：胡晓昌(1983～)，男，山东莱阳人，硕士研究生，研究方向为操作系统安全、虚拟机高可用；andDesignonHUSoftware，ChineseAcademy10090，China；2．GraduateUniversity,ChinesemethodreducesdowntimeKey收稿日期：2009．10．12；修订日期：2009．12．15。基金项目：国家自然科学基金项目(90818012)；中国科学院知识创新工程重要方向基金项目(KGcX2-YW二125)；北京市科委基金项目丁丽萍(1965一)，女，山东青州人，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向为信息安全、计算机取证、可信计算：武延军(1979一)，男，陕西延安入，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向为操作系统和安全可信技术。E．mail：xiaochan907@gmail．comAbstract：TosolvetraditionalmethodssystemcheckFlointmemorypre-eopyleadlongundercertainconditions．Anewiterationofvirtualprocessispresented,whichalsooptimizestheofsettingcheckpoint．Asresults，ittimen