本發(fā)明涉及云環(huán)境的部署領(lǐng)域，具體涉及一種虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及相應(yīng)的調(diào)整方法，屬于對遷移機(jī)制的修改。

背景技術(shù)：

近年云計(jì)算、云部署在技術(shù)上不斷取得進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上衍生出各類云平臺的應(yīng)用和研究。虛擬化技術(shù)是云平臺的基礎(chǔ)技術(shù)，長期發(fā)展下已經(jīng)有不少成熟的虛擬機(jī)產(chǎn)品。除了盡可能提高物理機(jī)的資源利用率，盡可能開發(fā)虛擬機(jī)帶來的擴(kuò)展性和部署的靈活性也日漸成為研究重點(diǎn)。

大部分虛擬機(jī)遷移實(shí)施方案在“停機(jī)-重啟”這個(gè)環(huán)節(jié)中忽略了對后續(xù)到達(dá)原物理機(jī)的數(shù)據(jù)包的處理，造成在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不得不通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的重傳機(jī)制找回丟失的數(shù)據(jù)內(nèi)容。然而在有些場景中，數(shù)據(jù)包無法重傳或者重傳的代價(jià)很大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包很容易丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決虛擬機(jī)在遷移時(shí)會產(chǎn)生較多丟包的問題，本發(fā)明提供了一種虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法，能夠使得虛擬機(jī)在遷移過程幾乎不丟失數(shù)據(jù)包。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，包括：

重定向數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，位于虛擬機(jī)遷移前的宿主機(jī)，用于在虛擬機(jī)停機(jī)時(shí)重定向后續(xù)到達(dá)虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，進(jìn)而將收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到重發(fā)數(shù)據(jù)包的接收端；

重發(fā)數(shù)據(jù)包的接收端，位于虛擬機(jī)遷移后的宿主機(jī)，一方面用于緩存虛擬機(jī)停機(jī)階段從發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)包，另一方面用于緩存遷移結(jié)束交換機(jī)改變數(shù)據(jù)流向后遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，并將緩存的數(shù)據(jù)包按順序發(fā)送給宿主機(jī)上新啟動的虛擬機(jī)。

其中，所述發(fā)送端重定向后續(xù)到達(dá)虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包包括對遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行攔截、改寫數(shù)據(jù)包的地址信息、拆分?jǐn)?shù)據(jù)包。

本發(fā)明中的虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法，基于xen虛擬機(jī)平臺的熱遷移機(jī)制，將虛擬機(jī)遷移前的宿主機(jī)作為重定向數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，將虛擬機(jī)遷移后的宿主機(jī)作為虛擬機(jī)重啟后重發(fā)數(shù)據(jù)包的接收端，包括以下步驟：

(1)在遷移開始階段，發(fā)送端模擬出第一虛擬網(wǎng)卡，并通過廣播數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器通知該網(wǎng)卡的位置及物理地址；接收端模擬出第二虛擬網(wǎng)卡，并通過廣播數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器通知該網(wǎng)卡的位置及物理地址；所述第一虛擬網(wǎng)卡、第二虛擬網(wǎng)卡的物理地址均不同與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器的物理地址；

(2)發(fā)送端攔截遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)包進(jìn)行重定向處理后發(fā)送給接收端，發(fā)送端重復(fù)這樣的收包-發(fā)包動作直至接收到接收端發(fā)送來的通知數(shù)據(jù)包，向接收端發(fā)送回應(yīng)數(shù)據(jù)包；

(3)接收端接收發(fā)送端發(fā)送的重定向數(shù)據(jù)包并進(jìn)行緩存，重復(fù)這樣的收包-緩存包動作，在遷移過程結(jié)束后，接收端向發(fā)送端發(fā)送通知數(shù)據(jù)包，待接收到發(fā)送端發(fā)來的回應(yīng)數(shù)據(jù)包后結(jié)束收包-緩存包動作；

遷移過程結(jié)束后，接收端接收從遠(yuǎn)程主機(jī)直接發(fā)送的數(shù)據(jù)包并進(jìn)行緩存；

(4)接收端收到回應(yīng)數(shù)據(jù)包后發(fā)送arp數(shù)據(jù)包測試虛擬機(jī)是否可以響應(yīng)外界請求，若是，則按順序向虛擬機(jī)發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)包；否則，繼續(xù)發(fā)送arp數(shù)據(jù)包直到虛擬機(jī)可以響應(yīng)外界請求為止。

其中，發(fā)送端對接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，根據(jù)其源物理地址和目標(biāo)物理地址判斷該數(shù)據(jù)包是遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包還是接收端發(fā)送來的通知數(shù)據(jù)包；接收端通過對接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，根據(jù)其目標(biāo)物理地址判斷該數(shù)據(jù)包為遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)送給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包還是發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，對于發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，再根據(jù)數(shù)據(jù)包的字段類型判斷該數(shù)據(jù)包是重定向數(shù)據(jù)包還是回應(yīng)數(shù)據(jù)包。

其中，步驟(2)中發(fā)送端對數(shù)據(jù)包進(jìn)行重定向處理，包括以下步驟：

若數(shù)據(jù)包大小不超過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的最大字節(jié)數(shù)，則對該數(shù)據(jù)包加上以太網(wǎng)幀頭，源物理地址填第一虛擬網(wǎng)卡的物理地址，目標(biāo)物理地址填接收端虛擬網(wǎng)卡的物理地址，設(shè)定第一重定向數(shù)據(jù)包類型字段，發(fā)送給接收端；

若數(shù)據(jù)包大小超過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的最大字節(jié)數(shù)，將該數(shù)據(jù)包分成兩部分，前半部分的字節(jié)數(shù)為最大字節(jié)數(shù)，對兩部分分別加上以太網(wǎng)幀頭，對前半部分設(shè)置第二重定向數(shù)據(jù)包類型字段，對后半部分設(shè)置第三重定向數(shù)據(jù)包類型字段，發(fā)送給接收端。

其中，步驟(3)中接收端對接收到的重定向數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，具體為：

若數(shù)據(jù)包的字段類型為第一重定向數(shù)據(jù)包，則直接將數(shù)據(jù)包緩存到預(yù)設(shè)的緩存器里；若數(shù)據(jù)包的字段類型為第二重定向數(shù)據(jù)包或第三重定向數(shù)據(jù)包，則將兩個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)包組裝成一個(gè)數(shù)據(jù)包緩存到預(yù)設(shè)的緩存器里。

有益效果：本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法通過在虛擬機(jī)遷移前的宿主機(jī)、虛擬機(jī)遷移后的宿主機(jī)之間建立數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，在虛擬機(jī)遷移的過程中讓數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整，能夠使得虛擬機(jī)在遷移過程幾乎不丟失數(shù)據(jù)包，且對數(shù)據(jù)包帶來的延遲在幾百毫秒以內(nèi)，在某些應(yīng)用場景，例如網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(networkfunctionvirtualization，nfv)中可以帶來極大的方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本實(shí)施列對本發(fā)明不構(gòu)成限定。

如圖1所示，虛擬機(jī)遷移過程涉及到的物理裝置有：虛擬機(jī)遷移前的宿主機(jī)(物理機(jī))、虛擬機(jī)遷移后的宿主機(jī)、遠(yuǎn)程主機(jī)和交換機(jī)，兩臺宿主機(jī)連在同一個(gè)交換機(jī)上。遠(yuǎn)程主機(jī)通過交換機(jī)向虛擬機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，交換機(jī)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給虛擬機(jī)所在的宿主機(jī)，宿主機(jī)再利用虛擬化技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包給虛擬機(jī)。在虛擬機(jī)“停機(jī)-重啟”階段，虛擬機(jī)會從一個(gè)宿主機(jī)完整地遷移到另一個(gè)宿主機(jī)上，此時(shí)，交換機(jī)在遷移過程還沒有結(jié)束時(shí)仍然向遷移前的宿主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包。

本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)自適應(yīng)方法主要應(yīng)用于該階段，本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)系統(tǒng)包括：

重定向數(shù)據(jù)包的發(fā)送端，簡稱發(fā)送端，位于遷移前的宿主機(jī)，用于在虛擬機(jī)停機(jī)時(shí)重定向后續(xù)到達(dá)虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，包括攔截本應(yīng)該發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包、改寫數(shù)據(jù)包的地址信息、拆分?jǐn)?shù)據(jù)包等，進(jìn)而將收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)物理機(jī)的接收端，即重發(fā)數(shù)據(jù)包的接收端。

重發(fā)數(shù)據(jù)包的接收端，簡稱接收端，位于遷移后的宿主機(jī)，一方面用于緩存虛擬機(jī)停機(jī)階段從發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)包，另一方面用于緩存遷移結(jié)束交換機(jī)改變數(shù)據(jù)流向后遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，通過發(fā)送arp(地址解析協(xié)議)等手段確保虛擬機(jī)啟動以及網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)調(diào)整完畢，并將以上緩存的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)包按順序發(fā)送給宿主機(jī)上新啟動的虛擬機(jī)。

本發(fā)明中數(shù)據(jù)包在發(fā)送端和接收端之間采用的轉(zhuǎn)移機(jī)制為：發(fā)送端和接收端通過添加以太網(wǎng)幀頭的方式相互進(jìn)行通信，用通知-回應(yīng)的方式標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流的結(jié)束。

相應(yīng)地，本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法，采用基于xen虛擬機(jī)平臺的熱遷移機(jī)制，通過修改這種熱遷移機(jī)制在遷移過程中的不同階段對后續(xù)到達(dá)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，來達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的目的，從而在虛擬機(jī)層面看來數(shù)據(jù)包不會丟失。

熱遷移是xen下實(shí)現(xiàn)的一種遷移機(jī)制，從代碼層面看其實(shí)就是幾個(gè)主要函數(shù)的調(diào)用。函數(shù)調(diào)用前和函數(shù)調(diào)用后分別代表著遷移的開始和結(jié)束，在代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過往這兩個(gè)地方插入代碼可以通知其他程序遷移的開始和結(jié)束。

具體地，本發(fā)明中虛擬機(jī)遷移過程中的數(shù)據(jù)流自適應(yīng)調(diào)整方法包括以下步驟：

(1)遷移開始階段的發(fā)送端和接收端初始化

發(fā)送端模擬出一塊虛擬網(wǎng)卡，為該網(wǎng)卡定義一個(gè)不同于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器地址的mac地址(物理地址)，并通過廣播數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器通知該網(wǎng)卡的位置及其mac地址；

接收端模擬出一塊虛擬網(wǎng)卡，為該網(wǎng)卡定義一個(gè)不同于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器地址的mac地址，并通過廣播數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)其他機(jī)器通知該網(wǎng)卡的位置及其mac地址。(2)在遷移快結(jié)束時(shí)，即xen熱遷移最后一次拷貝開始前，修改數(shù)據(jù)包流向

發(fā)送端修改宿主機(jī)內(nèi)部的虛擬網(wǎng)絡(luò)，攔截本應(yīng)該發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，進(jìn)入收包-發(fā)包循環(huán)，直到收到接收端發(fā)來的通知數(shù)據(jù)包，回收各種資源，并發(fā)送一個(gè)回應(yīng)數(shù)據(jù)包給接收端；

接收端進(jìn)行收包-緩存包循環(huán)，在遷移結(jié)束時(shí)發(fā)送通知數(shù)據(jù)包給發(fā)送端，直到收到發(fā)送端發(fā)來的回應(yīng)數(shù)據(jù)包；遷移過程結(jié)束后，接收端接收從遠(yuǎn)程主機(jī)直接發(fā)送的數(shù)據(jù)包并進(jìn)行緩存；接收端收到回應(yīng)數(shù)據(jù)包后發(fā)送arp數(shù)據(jù)包測試虛擬機(jī)是否可以響應(yīng)外界請求，若是，則接收端按順序發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)包(buffer1和buffer2)，之后回收資源，結(jié)束；否則，繼續(xù)發(fā)送arp數(shù)據(jù)包直到虛擬機(jī)可以響應(yīng)外界請求為止。

上述發(fā)送端修改宿主機(jī)內(nèi)部的虛擬網(wǎng)絡(luò)，指的是：宿主機(jī)里有虛擬網(wǎng)橋，虛擬網(wǎng)橋上連接著實(shí)際網(wǎng)卡和虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)卡，虛擬機(jī)通過該虛擬網(wǎng)橋可以與外部機(jī)器進(jìn)行通信。將發(fā)送端進(jìn)程模擬出的虛擬網(wǎng)卡也橋接在同一個(gè)虛擬網(wǎng)橋上，修改該虛擬網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則將本來要發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)送端即可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的攔截。

如圖2左半部分，上述發(fā)送端進(jìn)行收包-發(fā)包循環(huán)，具體為：

發(fā)送端從其虛擬網(wǎng)卡獲取數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，并根據(jù)其源物理地址和目標(biāo)物理地址確定數(shù)據(jù)包的來源，若數(shù)據(jù)包是發(fā)送給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，即以太網(wǎng)幀的目標(biāo)mac與分配給虛擬機(jī)的mac地址相吻合，則對數(shù)據(jù)包進(jìn)行重定向；若數(shù)據(jù)包是接收端發(fā)送的通知數(shù)據(jù)包，即源mac地址為虛擬機(jī)地址，目標(biāo)地址為發(fā)送端虛擬mac地址，則向接收端發(fā)送回應(yīng)數(shù)據(jù)包，結(jié)束循環(huán)。

上述對數(shù)據(jù)包進(jìn)行重定向，具體為：

根據(jù)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀格式，若數(shù)據(jù)包大小不超過1500個(gè)字節(jié)(以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的最大字節(jié)數(shù))，加上14個(gè)字節(jié)的以太網(wǎng)幀頭，源mac地址填發(fā)送端虛擬網(wǎng)卡的mac地址，目標(biāo)mac地址填接收端虛擬網(wǎng)卡的mac地址，類型字段(2字節(jié))填99，發(fā)送給接收端；

若數(shù)據(jù)包大小超過1500字節(jié)，將該數(shù)據(jù)包的分成1500字節(jié)和后半部分，對兩部分分別加上以太網(wǎng)幀頭，對第一個(gè)部分的數(shù)據(jù)包類型字段填97，第二個(gè)部分的數(shù)據(jù)包類型字段填98。

上述回應(yīng)數(shù)據(jù)包的類型字段填96。

如圖2右半部分，上述接收端進(jìn)行收包-緩存包循環(huán)具體為：

接收端從其虛擬網(wǎng)卡獲取數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，首先根據(jù)其源物理地址和目標(biāo)物理地址確定數(shù)據(jù)包的來源，若數(shù)據(jù)包是發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)包，則按數(shù)據(jù)包的類型做進(jìn)一步處理；若數(shù)據(jù)包是交換機(jī)直接轉(zhuǎn)發(fā)過來的遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)給虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)包，則緩存數(shù)據(jù)包到buffer2。

上述對于發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)包，則按數(shù)據(jù)包的類型做進(jìn)一步處理，具體為：

查看類型字段，若類型字段是99，直接將該數(shù)據(jù)包緩存起來到buffer1；

若類型字段是97或者是98，組裝成一個(gè)數(shù)據(jù)包緩存起來到buffer1；

若類型字段是96，表明接收端已經(jīng)收到一個(gè)從發(fā)送端發(fā)來的回應(yīng)數(shù)據(jù)包，開始用arp檢測數(shù)據(jù)包檢測虛擬機(jī)是否能對外響應(yīng)，若能響應(yīng)，則發(fā)送buffer1和buffer2，否則繼續(xù)檢測。

以下對通知數(shù)據(jù)包，回應(yīng)數(shù)據(jù)包以及arp檢測數(shù)據(jù)包的作用進(jìn)一步說明。

通知數(shù)據(jù)包是接收端在遷移結(jié)束后發(fā)出的，其源mac地址是虛擬機(jī)網(wǎng)卡的mac地址(為虛擬機(jī)分配的mac地址是配置文件設(shè)置的，遷移前后都不變，因此發(fā)送端和接收端在初始化時(shí)就能知道這個(gè)地址)，目的mac地址是發(fā)送端的虛擬網(wǎng)卡mac地址。通知數(shù)據(jù)包其實(shí)就是接收端“冒充”虛擬機(jī)發(fā)送給發(fā)送端一個(gè)報(bào)文。其作用有兩個(gè)：

一是該數(shù)據(jù)包會經(jīng)過兩臺宿主機(jī)相連的同一個(gè)交換機(jī)，告知交換機(jī)該虛擬機(jī)已經(jīng)處在另一個(gè)端口，促使接下來從遠(yuǎn)處主機(jī)發(fā)送給虛擬機(jī)的流量從該端口送出，進(jìn)而到達(dá)遷移后的宿主機(jī)由接收端保存。

二是標(biāo)記需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流的結(jié)束。發(fā)送端轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的時(shí)候，無法知道什么時(shí)候在鏈路上的數(shù)據(jù)流會結(jié)束。而通知數(shù)據(jù)包由于在經(jīng)過交換機(jī)時(shí)就促使交換機(jī)改變了流量端口，在它被原宿主機(jī)上的發(fā)送端接收的時(shí)候，肯定是從交換機(jī)到原宿主機(jī)這條鏈路上需要處理的最后一個(gè)數(shù)據(jù)包了。

回應(yīng)數(shù)據(jù)包是對通知數(shù)據(jù)包的回應(yīng)，其源mac地址是發(fā)送端的虛擬網(wǎng)卡地址，目的mac地址是接收端的虛擬網(wǎng)卡地址。該數(shù)據(jù)包其實(shí)就是發(fā)送端檢測到轉(zhuǎn)發(fā)流結(jié)束后給接收端發(fā)的一個(gè)通知，通知接收端buffer1已經(jīng)不需要再等待緩存其他數(shù)據(jù)包，即如果buffer1當(dāng)前的數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢，可以直接開始發(fā)送buffer2的數(shù)據(jù)包了。

轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包(在本文中又稱重定向數(shù)據(jù)包)、回應(yīng)數(shù)據(jù)包的類型99,98,97,96等是對不同類型數(shù)據(jù)包的區(qū)分，只要不是以太網(wǎng)已經(jīng)定義的類型可以替換成其他數(shù)字。

arp檢測數(shù)據(jù)包是遷移后宿主機(jī)內(nèi)部對虛擬機(jī)能否響應(yīng)的檢測。雖然通知數(shù)據(jù)包是在遷移結(jié)束后發(fā)出的，但是遷移結(jié)束和虛擬機(jī)能夠?qū)ν忭憫?yīng)中間有一段時(shí)間差(環(huán)境重新部署，檢測正確性等帶來的時(shí)間損耗)。若在遷移結(jié)束但是虛擬機(jī)還沒能對外響應(yīng)時(shí)就釋放buffer1和buffer2的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包將會被丟棄。