[发明专利]虚拟机故障切换

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机系统，该计算机系统包括：处理器单元，适于在第一操作模式中运行虚拟机；可由处理器单元访问的高速缓存，所述高速缓存包括高速缓存控制器；以及可由高速缓存控制器访问的存储器，用于存储所述虚拟机的映像。

本发明还涉及一种包括多个这样的计算机系统的计算机集群。

本发明进而还涉及一种操作包括第一系统和第二系统的计算机集群的方法，每个系统包括：包括虚拟机的映像的存储器；至少一个处理器单元；以及可由至少一个处理器单元访问的高速缓存。

背景技术

在计算机集群上广泛应用虚拟化以提高实施的计算架构对故障的鲁棒性并且增加架构的资源利用。在虚拟化架构中，集群中的计算机系统的处理器单元、例如处理器和/或处理器核充当虚拟机（VM）的物理主机，这些物理主机被外界视为独立实体。这有助于硬件对硬件故障的鲁棒性，因为在硬件故障时，出故障的硬件先前托管的VM可以用某种方式故障切换到另一主机而用户未察觉硬件故障。这一概念是这样的VM提供的服务的所谓‘高可用性’的重要促进因素。

实施这样的故障切换不是无关紧要的任务，因为理想地应当在与VM在硬件故障点的状态相同的状态中重新启动VM以避免用户的不便。

在一种方式中，通过在不同实体、例如不同物理服务器上在锁定步骤中运行单个VM的多个拷贝来提供故障切换，从而在一个实体的故障时另一实体可以接管用于托管VM的职责。这样的锁定步骤布置的显著缺点是VM的故障切换拷贝消耗处理资源、因此减少系统的可用带宽、即减少系统可以托管的VM总数。

在商用产品中普遍发现的另一方式中，物理主机通过从共享盘状态、例如VM的共享映像简单地重新引导VM来对另一物理主机的故障做出响应。然而这增加盘破坏和完全失去VM的暴露状态的风险。

在如下参考文献中公开不同的故障切换方式：Remus:High Availability via Virtual Machine ReplicationBy Brendan Cully et al.in NSDI’08Proceedings of the4^th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation,2008,第161-174页。在这一方式中，将所有VM存储器定期地标记为只读以允许在VM存储器的在另一主机上的拷贝中复制对VM存储器的改变。在这一只读状态中，管理程序能够俘获VM对存储器进行的所有写入，并且维护自从前一轮起已经变脏的页面的映射。在每一轮，迁移过程自动读取和重置这一映射，并且迭代迁移过程涉及到追寻脏页面直至不再能够产生进度。这一方式提高故障切换鲁棒性，因为在备份主机上定期地创建VM存储器的单独最新映像，该备份主机可以在主要主机的硬件故障之后使用这一映像来简单地启动VM的复制。

然而这一方式的缺点是由于VM在它的VM存储器的只读状态期间保持操作，所以可能生成大量页面故障。此外，这一方式未允许容易检测已经更改页面的什么部分，从而即使在页面上仅已经改变单个位，仍然必须复制全部页面，这有损于总架构的总性能，因为例如小的页面大小必须用来避免在系统之间的过量数据流量，这减少操作系统的性能，因为操作系统不能使用较大大小的页面。

US5,893,155公开一种数字计算机存储器高速缓存组织，该组织实施高效、有选择的高速缓存回写、映射和传送数据以用于例如数据库的回滚和前滚。向与高速缓存关联的日志块构建器直通写入向标注为记入的高速缓存线的写入或者存储操作。如在回写高速缓存中那样在高速缓存本地处置非记入存储操作。日志块构建器将写入操作组合成数据块并且向日志拆分器传送数据库。日志拆分器基于地址将记入的数据去复用成单独流。

简言之，以上方式并非没有问题。例如，如先前说明的那样，在挂起VM期间，高速缓存对页面错误敏感，因为高速缓存被置于只读状态中。另外可能必须为每个检查点存储大量数据，这给计算架构、特别是架构的数据存储设施的资源利用带来压力。

发明内容

本发明寻求提供一种根据开篇段落的计算机系统，在该计算机系统中，可以用更高效方式实现VM复本。

本发明还寻求提供一种包括多个这样的系统的计算机集群。

本发明进而还寻求提供一种管理这样的计算机集群的方法，在该方法中，可以用更高效方式复制VM。