云主机秒级可用技术的设计与实现.docx

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云主机秒级可用技术的设计与实现

云主机秒级可用技术的设计与实现

　　【摘要】基于云计算平台基础架构，设计并实现了一种新型创建云主机功能流程。

论文从传统云平台创建虚拟机的功能流程开始，设计并研发创新性功能流程，以达到云主机秒级可用的目标。

通过此技术的引进，将大大减少云主机创建等待时间，提升云平台的服务体验。

　　【Abstract】Basedontheinfrastructureofthecloudcomputingplatform，anewtypeoffunctionflowforcreatingcloudhostisdesignedandimplemented.Thepaperstartswiththefunctionflowofcreatingvirtualmachinesinthetraditionalcloudplatform，anddesignsanddevelopsinnovativefunctionflow，soastoachievethetargetofthesubsecondavailableofcloudhosts.Throughtheintroductionofthistechnology，thewaitingtimeofcreatingthecloudhostwillbegreatlyreduced，andtheserviceexperienceofthecloudplatformwillbeimproved.

　　【?

P键词】云主机；秒级启动；虚机机；模板

　　【Keywords】cloudhost；subsecondstart；virtualmachine；template

　　【中图分类号】TP393【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2018）05-0123-02

　　1引言

　　云计算平台中，管理员或用户在配置、创建云主机后，系统还需要通过配置引导启动创建的云主机，此阶段对用户来说，云主机实际上是处于不可用阶段。

此节点一般情况下，Linux系统为20s以上，Windows系统则更久，有时甚至超过1min。

如何有效减少此不可用阶段的时间，提升云主机的使用友好性，是云计算平台的一大难题。

　　2结构设计和功能实现

　　2.1云主机典型创建流程

　　在基于Openstack的IaaS云平台中[1]，创建云主机的一般过程如下：

①用户从自服务Web界面进行配置，并确定创建云主机；②服务器端控制台接收用户创建信令消息，调用计算节点API创建虚机；③计算节点Nove接受API调用，并进行认证等相关辅助流程，确认调用可信后调用LibvritAPI进行处理；④Libvrit调用QEMU，QEMU跟进用户的资源配置要求，准备调用网络存储等相关资源创建虚机，同时QEMU返回云主机创建中的消息，通过逐层通知，告知用户云主机创建中；⑤QEMU开始进入虚机创建阶段，准备网络存储等资源，进入虚机Bootloader，启动虚机，重启系统和服务，直到交付给用户最终可用的云主机。

　　我们定义，从第一步到第四步之间消耗的时间段，为T1；第五步消耗的时间段，为T2。

在整个流程中，T1一般耗时少于1min；但对T2，虚拟机在创建后，进入虚机启动阶段，通常Linux系统需要耗费10s以上，Windows则更久，有时候甚至超过1min。

　　T1加T2是用户从创建到可用的总时间，而控制台返回的往往是T1时间，只是告诉用户，机器已经激活，但实际上云主机还处于不可用状态，指导T2结束，用户才可以进入云主机的登录界面。

提升用户服务体验最有效的方式，就是如何减少T2阶段所消耗的时间。

　　2.2秒级可用技术设计

　　云主机秒级可用技术使用以下技术细节，减少T2阶段所耗时间：

①创新性定制化虚拟化软件，技术革新支持统一内存快照加速，加速虚机启动；②云主机内存和CPU热升级技术，用于将虚机升级或降级至用户配置；③QGA技术用于用客户化定制服务以及功能。

　　基于以上核心技术点，可以成功将云主机创建时的启动时间从20s以上，缩短至1～3S左右。

秒级可用技术详细架构功能流程，说明如下：

①用户从自服务Web界面进行配置，并确定创建云主机；②计算节点Nova创建磁盘，此时使用定制化研发的统一内存快照加速技术，拉取系统集成镜像，创建磁盘快照，并拉取此磁盘快照对应的虚拟机的配置、状态信息；③Libvrit基于磁盘快照启动虚机，进入云主机创建流程；④检查内存中是否有特定的可用虚拟机模板，有则直接使用，没有则启动一个虚拟机模板；⑤通过第二步的虚拟机配置、状态信息，对比用户待创建云主机的配置规格，逐项热升级到用户指定的云主机配置规格；⑥更改虚拟机的状态信息，如网络地址、用户名密码信息等，完成云主机的创建过程。

　　秒级可用技术，规避了OS的启动过程，通过对比云主机配置与系统内虚机实例模板的配置、状态信息，逐项更新的方式，大大减少了云主机的整体创建时间，快速地为用户提供一个可用的云主机，用户点击完创建与开通云主机后，几乎无须等待即可使用，提升了用户云主机服务体验。

　　2.3关键技术：

CPU与内存热升级

　　在现有大多数的IaaS云平台上，云主机的CPU和内存热升级，要经历关机再开机的配置生效过程。

时间一般以分钟来计，而且这个过程中应用程序和业务会经历中断。

如果是高可用架构，在业务集群中一般采用逐台升级的方式来避免业务影响，但也会需要大量的运维操作。

　　现有业务经常出现客户不希望中断业务，实现虚拟机的CPU资源的动态升级。

因此需要在虚拟机运行状态实现CPU和内存业务完美融合。

为了更好地应对不同的业务需求，在设计时我们将CPU和内存的热升级做成两个独立的选择，保证云主机秒级可用技术，或者用户在单项资源不足时，可以灵活地调整资源配置，而不是非要固定地选择某一种类型。

　　第一，CPU热升级技术。

CPU热升级使用的是max和current调整CPU，我们现有这种方法基本是仿效Ovirt的CPU热升级的设计。

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　　通过提升currentsockets值完成CPU的热升级。

　　第二，内存热升级技术。

业内现有技术实现内存的热升级，使用的是memoryballooning。

Memoryballooning这种技术相比对操作系统和物理机要求较高，需要虚拟机和物理机一起合作完成。

　　内存热升级技术：

Hotplug内存热插拔，这是一个确定的发展方向，降低了内存的占用。

内存相当于一个独立的设备挂载给虚拟机，方便升降适应性更好。

Hotplug可以动态地增加或减少虚拟机系统中可用的内存数量。

可以支持更多的操作系统和固件，这种垂直纵向的扩大和缩小可以很好地满足业务场景的需求。

　　第三，关键技术点实现机制。

在控制层，调度层和计算服务层增加CPU和内存热升级相应的逻辑，在成功添加CPU和内存后将其信息推送到持久化层，保证业务数据统一。

我们从两个方面进行了技术更新，一方面是，业务接口调整内容如下：

①增加CPU热添加接口；②自动更新VM的Flovar中的配置；③增加新的接口动态添加内存；④热添加的内存持久化到数据库；⑤硬重启虚拟机后读取之前的信息并加回；⑥增加动态删除内存接口；⑦增加关机状态下清理内存接口。

另一方面是，虚拟机模板调整：

虚拟机内不同的系统对于添加的CPU和内存的策略。

我们的定制模板为方便用户，自动激活热挂载的CPU和内存。

　　2.4技术亮点

　　使用云主?

C秒级可用技术后，IaaS云平台有以下优势与亮点：

①减少用户等待时间：

用户从之前的T1+T2的时间大大缩短到秒级，大大提高用户体验，实现真正的创建即使用。

②对后端镜像存储没有限制：

后端镜像存储，可选用Ceph或者其他解决方案。

特别的，对于Ceph有特别优化，性能可用性支持更好。

③支持所有镜像：

对于所有系统镜像均可以使用，免去镜像困扰。

④节约用户成本：

计费时用户创建时即开始，运用此技术可以降低用户对于系统启动时间的花费。

　　3实验验证

　　通过一个实验，将能够明显地感受到云主机秒级可用技术的有效性。

本次实验环境为：

①系统：

CentOS7.2；②内核版本：

3.10.327；③OpenStack版本：

Mitaka版；④Libvrit版本：

定制化发行版V2.0；⑤QEMU版本：

定制化发行版V2.3；⑥CPU：

IntelXeon2056V3；⑦内存：

128G；

　　本次测试云主机配置为：

4核8G，300G磁盘，OS为CentOS7.2。

目标是测试开启和不开启云主机秒级可用技术下，T1+T2的总耗时对比。

　　测试结果显示，未开启云主机秒级可用技术，T1+T2总耗时为30.8秒；开启云主机秒级可用技术后，T1+T2总耗时为3.1秒。

可以明显看到开启云主机秒级可用技术后带来的效果。

　　4结语

　　使用云主机秒级可用技术，相对于传统方法[2]，可以大大提高了用户的体验，与此同时，使用此功能后可以做到：

①减少用户等待时间，让用户更快速地部署系统，甚至如果用户已经在镜像中部署好服务，那用户创建云主机后数秒即可提供相关服务。

②减少用户成本，云主机的计费方式主要按照资源使用量以及时间计费，无用时间的下架势必减少用户成本，在大批量创建的时候尤为明显。

　　云主机创建开通后即可使用，本技术能够满足在系统部署时希望快速登入系统的用户，尤其是自动化开通，自动化部署服务的用户。

随着强劲的业务与服务的快速交付要求，以及CICD应用部署的普及，云主机秒级可用技术将得到极大的应用，产生极高的价值。

　　【参考文献】

　　【1】李志军，孔朋朋，雷振伍.基于OpenStack的私有云平台设计[J]，微型机与应用，2016，35（9）：

24-26.

　　【2】吴联盟.开源云管理平台OpenStack中虚拟机部署机制的研究与优化[D].北京：

北京邮电大学，2013.