论文研究-基于网络优化的虚拟机迁移策略研究 .pdf

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基于网络优化的虚拟机迁移策略研究,王刚,王朝炜,虚拟机在线迁移是一种关键的技术在数据中心虚拟化管理中,使得数据中心在资源优化,差错容忍和负载均衡方面具有很好的灵活性。本
山国武花论文在丝 贝改变的内存脏页到目标虚拟札,内存脏页不断的被拷贝直到脏页变得相对非常少或者达到 某一值时,这时标志着下一阶段的开始,即停机拷贝阶段,在该阶段源虚拟机会暂俘工作, 然后将剩下的脏页拷贝到目的虛拟机,之后目的主机上的虚拟机接管源虚拟机的工作继续提 供服务,同时,源主机虚拟机将会销毁。 图预拷贝在线迁移 基于流多路径迁移机制 迁移时间作为虚拟杋在线迁移的一个重要性能指标,那么如何提升虚拟机迁移性能,减 虚拟机总体迁移时间是一个很重要的研究问题。从整个网络角度考虑,当进行虚拟机在线 迁移时,分配的网络资源(比如传输带宽)人小直接决定虚拟机迁移时间,特别是在广域网 环境下,因此,本文提出了棊于流多路径的虚拟机迁移机制() 设计原理 根据虚拟杋在线迁移模型,本文淂虚拟杋在线迁移划分为三个连续阶段进行:镜像迁移, 内存预拷贝,停机拷贝,执行顺序依次进行,由于镜像、内存和对网络带宽和延迟的 要求不同,本文采用沇的方式,将镜像文件、内存预拷贝以及内仔停机拷贝设定为不同级别 的流,不同级别的迁移流满足不同的需求,即满足不同的网络资源要求,本文设 定主要满足网络延迟和迁移带宽需求;此外,在虚拟机迁移过程中同一级别的流允许 多路径并行迁移 在网终架构下, 允许定义不同类型的流,比如级别,另外,网 架构对网络配置具有很好的灵活性,网络搾制器能够根据不同的流制定符合要 求的路由策略,然后将路由策略以流表的形式下发给转发设备,并且能够根据当前的网终状 态做到及时的更新,实现动态的路由机制,从而实现高效的数据传输,完成迁移流的传输。 路由优化模型 针对不同的流建立不同的路由策略,本文建立了动态路由模型。具体措述如下: 将网终看做是一个无向图 表示网终节点集合,表示节点之间的链路集合。将 流请求定义为一个四元组 指入口路由,指岀口路由,指请求的最小带 宽,指延迟上界要求。表示在所有的请求中入口出口节点对 表示从入口 节点到出口节点的所有路由集合(),对于任意的路由c 路由是要 找到尽可能最优的路径 本文将动态路由看作是一个约束性最短路径问题,对于该问题有两个属性,代价函数和 约束条件,这两个属性能够体现网终状况和所满足的需求。本文利用链路带宽计算每 条链路权重作为成本度量,将端到端最大延迟作为约束条件,因为对于虚拟机迁移,迁移时 间是一个很重要的性能评估因素 代价函数: 山国武花论文在丝 ∑ 是链路的权重,本文将链路的剩余带宽作为路由可利用的动态信息,同时考 虑网络的最大流,因此,重新定义链路的权亘 x 为节点,之间最小割链路集合,由图论可知,个的最小割集能 够影响之间的最大流。如果链路 ,则x 等于;另外,设定链 路权重与链路的剩余带宽成反比,这样使得剩余带宽越少的链路比剩余带宽多的链路有相对 少的参与新路由的机会;同时,为了避免出现不属于入出节点对路由上的链路分配零权重, 在式子分子加 为了尽可能满烂最大流和添加较少的链路到路由路径中,本文应该使尽可能的小 本文定义入出口节点之间的端到端延迟为约束条件: 本文设定端到端的延迟主要包括传输延迟,队列延迟和传播延迟。是最大的数据包 长度,是选择的链路所分配的最小带宽,是经过链路的数据包的最大长度,是 链路的带宽,是链路的传播时延。 那么路由问题可描述为: 即在满足延迟条件的情况下,找到满足条件的路径使代价最小,该路径即为满足 约束的最优路径。因为代价函数是剩余带宽的反比函数,因此,代价越少,即可分配的剩余 带宽越多。 算法实现 根据上文描述的设计原理,木文设定五元组 表示虚拟机由节点 到节点的迁移请求,根据上文给出的路由优化模型,将虚拟机辽移資源分为三部分,每 个鄙分设定对应的请求,当有虚拟机迁移时,云管理器会为每一个虚拟机迁移请求建 立流请求优先队列,然后将请求队列信息发送给控制器,控制器棖据队列优先级 对每一个流进行处理,优先级高的流会优先被处理,相同级别的流会按照设定的迁移 次序依次对迁移流进行处理,确定不同的路由转发策略,然后下发流表,最后完成数据传输。 具体的算法步骤如下 :接收迁移请求 建立流迁移队列。根据在线迁移模型,将镜像文件、内冇拷贝,停 机拷贝三部分流加入到迁移队列中, 对迁移队刎中的每个流进行处理。先由式计算当前网络所有链路的权值。 用 算法计算岀到的最小代价路径,根据式如果满足 则就是最有的路径,用来作为传输当前流的路径;否则跳转到 用 算法计算出到的最小延迟路径,如果不存在,则将作为备 选路径,如果存在,进行 山国武花论文在丝 ,对每·条链路重新计算联合权重 重新计算到的最小代价路径。如果:-,则,为最优路径。香 则令 转到重新进行计算。 该算法总共七个步骤,前两个步骤为创建流队列过程,后血的步骤主要是对流的处 理过程,实际是对动态路由问题的解决,夲文采用」改进的拉格朗日松弛算法,来获得 更加优化的迁移路径。 实验与分析 实验环境 为了验证本文策略的性能,本文采用 网络拓扑进行仿真验证。该拓 扑由个节点和条链路组成。所有的链路都是双向的,该拓扑总共有三个入出节点对, 分别为(), ),()。每条链路的传播延迟假定在一定范围内都是均匀分 布的。 仿真参数设定如表所示。 表仿真参数 参数 参数值 链路容量 磁益大小 内存人小 剩余内存脏页 脏页還率 链路传播延迟 结果分析 本文主要对两方面的性能进行比较和分析:总体迁移吋间和迁移停机时间。 仿貞选用基准算法与本文提出的基于多沇传输算法进行性能比较。该基准算法是基 于传统网络架构,当有虚拟机迁移请求吋,会采用传统的路由选择杋制选择源端到目的端的 传输路径,然后利用虚拟化迁移工只实现虚拟机的迁移,传统网络架构下不攴持多流并行传 输 1)迁移总体时间对比 选择一个入出口节点作为虚拟机迁移的源主机和目的主机,在评估迁移总体性能中 设定镜像文件的大小由 到 变化,内存大小设定为,迁移过程中的脏页速率 设定为 剩余脏贞大小为 仿真结果如图所小: 山国武技论文在丝 ■ Baseli 120 三 崆 20 11 16 18 20 镜像人小(GB) 图总体迁移时间与镜像文件大小的关系 由图可知,随着镜像文件大小的増加,虚拟机总体迁移时间也会增加;两种算法进行 对比看出,本文提出的略迁移虚拟机需要的时间明显少于基准算法,原因在于 策略的实施基于树终架构下,集中控制尜能够棖据当前的內络状态信息制定动态 路由策略,能够为虚拟杋迁移提供更好的传输带宽,此外,木文在实现上允许多路径传输, 因此,从图中看出,随着镜像文件的增加 能够使总体迁移时间缩短,从而使得虚拟 机迁移性能得到很好地提升。 此外,在镜像文件一定的情况下,本文对内存大小的变化对迁移总体时间的影响进行了 仿真。仿真中设定镜像大小为 120■ Baseline QM 100 20 ll 内存大小(GB 图总体迁移时间与内存大小关系 由图可知,当镜像文件大小一定条件下,随着内存文件大小的增加,虚拟机总体辽移 时间也会增加。两种算法进行对比,本文提出的 策咯迁移时间少于基准算法,因为 策略能够提供更好的路由选择策略,能够保证迁移的最小传输带宽,在相对好的网终 状况下进行虛拟机迁移,因而可以有效的减少迁移时间,提高虚拟机迁移性能。 2)停札时间对比 本文对不同的脏页阈值对虚拟机停机吋间的影响进行了性能验证,仿貞如图所示。 山国武技论文在丝 1500 Baseline■OMA 三 三1000 =500 剩余脏贞阙值(MB) 图虚拟机停机时间与内存剩余脏页阈值关系 如图所示,虚拟机停机时间受内存剩余脏页阈值的影响,随着剩余脏页量的増多,虚拟机迁 移的楟机拷贝时间会逐渐増加。由亍策略执行中能够做到路径的优化选择,获得更好 的迁移时的传输带宽,因而使得执行效果好于基准算法。 结论 本文重点讨论了在跨数据中心场景下,通过优化迁移时的网终资源来降低迁移时间,从 而提高迁移性能。首先引入了新型的网终架构 网络架构能够使网终配置变得更 加灵活而闬具有可适应性;在该架构下提出了一种基于流并行传输机制 ,对虚 拟机迁移资源分成不同的流,并且建立对应的流队列,然后利用网络控訇器 根据当前网终状况对队列中的每一个流进行动态的路由决策,通过优化路由决策算法 为每—个迁移流提供更奷的网络资源,从而优化虚拟杋迁移的传输带宽以及传输时延。仿真 结果显示,相比传统网络卜的虚拟机辽移,木文提出的机制能够使得总体迁移时闩和 停机时间得到有效的减少,从而使虚拟机迁移性能得到很好地提∫ 参考文献

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