[发明专利]一种虚拟化环境下针对网络服务的双机热备份容灾系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟化环境下的高可靠容灾技术，具体地，涉及一种虚拟化环境下针对网络服务的双机热备份容灾系统及其方法。

背景技术

当前，网络化服务是云计算与数据中心的主要服务形式。然而，由于断电、机器硬件故障、灾难或者人为因素（统称故障）的影响，使得这些网络应用停止对外服务、丢失数据的情况时有发生，不仅影响用户的使用，还会带来经济上的损失。因此，如何提高网络服务器的容灾，在故障后快速恢复对外的服务成了许多学者和公司的研究热点。

在现有的研究成果与产品中，有一部分是在虚拟化环境下实现的。

随着计算机技术，特别是网络技术的快速发展和广泛应用，人们对软件的可移植性，特别是软件在网络中移植的需求日益迫切，软件兼容性和可移植性也变得越来越重要。但由于计算机的历史发展过程中，产生了众多不同的、不相兼容的操作系统和指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA），从而导致了软件的可移植性被局限在相似的平台上。而在一个大型网络中可能包含基于各种ISA和操作系统的计算机，这就造成了软件可移植性需求和现状之间的矛盾越来越尖锐。而虚拟机（Virtual machine，VM）技术的出现消除了对软件运行平台的这些限制，从而有可能提供更高程度的兼容性和可移植性。虚拟机技术通过在硬件执行平台上加一层软件，从而屏蔽掉平台的差异性，或者说在一个平台上模拟出另一个平台或者多个平台。

目前，基于虚拟机技术的容灾解决方案可以分为检查点（checkpointing）技术和步锁（lockstepping）技术。

Checkpointing技术利用两台物理设备形成主服务器/后备服务器模式，对同一个应用/虚拟机进行备份，通过虚拟机的迁移技术，定期的将主服务器虚拟机状态备份到后备服务器中，从而实现灾备。后备服务器的虚拟机处于非运行状态，在主服务器故障后能快速恢复到主服务器的前一状态，并继续保留有原先的所有网络连接，这样客户端感觉不到服务端发生了故障且从故障中恢复。但是，为了保证虚拟机间的状态一致性，必须进行周期性的频繁备份（20-40ms一次），导致主服务器的吞吐量会极大降低，CPU开销过大。同时Checkpointing技术将所有服务器发送到客户端的数据包保存在一个缓冲中，只有当一次备份完成后，才能释放这些数据包，这导致网络延迟的增加。

Lockstepping技术采用双机并行运行的方式保证主服务器后备服务器的状态一致，使得在主服务器故障后客户端能直接与后备服务器连接，快速从故障中恢复。但是Lockstepping技术只能适用于给虚拟机分配单个处理器的情况，对于多处理器虚拟机的性能扩展性很差，多于双处理器的虚拟机性能降低至单处理器是的1/7。另外，对于确定的指令，主后备服务器的虚拟机可以直接并行运行，而对于非确定的指令则需要在主后备服务器虚拟机间做指令级别的同步，这也增加了系统的开销。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种双机热备份容灾系统。该方案中主虚拟机和后备虚拟机并行运行，根据客户端发送的请求生成各自的输出结果，比较主虚拟机和后备虚拟机的输出结果，如果不一致，需要进行备份，这样既保证了故障后的快速恢复，又有效的降低了系统开销。

本发明提供一种双机热备份容灾系统，用于虚拟化环境下的网络服务，双机热备份容灾系统包括主服务器与备份服务器，主服务器与备份服务器通过网络连接，其特征在于：主服务器上运行主虚拟机，备份服务器上运行后备虚拟机，后备虚拟机处于主虚拟机的应用层语义上的替代状态，应用层语义上的替代状态是指在应用层语义上后备虚拟机能够代替主虚拟机进行服务，对任何客户请求产生正确的输出。

进一步地，主服务器将客户端请求分别发送给主虚拟机与后备虚拟机，主虚拟机与后备虚拟机并行运行生成各自的响应数据包。

进一步地，双机热备份容灾系统还包括运行在主虚拟机上的主备份管理器，以及运行在后备虚拟机上的后备备份管理器，后备备份管理器用于将后备虚拟机生成的响应数据包发送到主备份管理器，主备份管理器用于比较主虚拟机与后备虚拟机的响应数据包是否一致，如果一致，后备虚拟机处于主虚拟机的可替代状态，主备份管理器将主虚拟机生成的响应数据包发给客户端；如果不一致，后备虚拟机不处于主虚拟机的可替代状态。

进一步地，如果后备虚拟机不处于主虚拟机的可替代状态，主备份管理器将主虚拟机的当前状态备份到后备虚拟机。

进一步地，备份为非周期备份。

进一步地，备份到后备虚拟机为增量备份。