在大規(guī)模云平臺的日常運營中不可避免的會存在升級或者修復(fù)宿主機的情況，如內(nèi)核安全漏洞、內(nèi)核、基礎(chǔ)軟件或驅(qū)動 Bug，甚至潛在的硬件故障和計劃性停機維護都需要宿主機進行重啟操作，導(dǎo)致其上的 VM 存在服務(wù)不可用的情況，如 AWS Xen Issue 導(dǎo)致大規(guī)模的宿主機重啟(http://aws.amazon.com/blogs/aws/ec2-maintenance-update/)。宿主機的停機維護在實踐中是一個不可避免的任務(wù)，通過內(nèi)核熱補丁技術(shù)只能解決需要停機重啟的部分情況。云平臺運營商需要切實有效的技術(shù)方案來降低或比買呢宿主機的重啟問題造成的影響。

Save/Restore VM

比如AWS 在重啟大規(guī)模宿主機就利用了 Xen 的 save/restore vm 特性來避免 VM 級的重啟操作，實現(xiàn)用戶在短暫服務(wù)不可用時間內(nèi)無需額外的上線運維操作即可服務(wù)生效。VM Save/Restore 特性實際上廣受歡迎應(yīng)該是在 VirtualBox 上，通過保存 VM State 到持久化設(shè)備上來實現(xiàn)快速恢復(fù) VM State 的能力，有效的避免了 VM 重啟導(dǎo)致的額外操作和時間。

Live Migration

（圖片來自VMWare）

熱遷移技術(shù)是目前解決宿主機重啟最通用且有效的方式，在預(yù)先計劃的系統(tǒng)故障或者停機維護前，通過熱遷移將宿主機上所有 VM 遷移到其他機器上并保持 VM 的可用性。KVM 的 Live Migration 就是一個典型的例子，在啟動 Live Migration 后，KVM 會在對端機器上啟動一個新的 VM 然后開啟監(jiān)聽端口等待來源數(shù)據(jù)，Source VM 會將目前 VM 的瞬間內(nèi)存拷貝過去，并且在接下來的內(nèi)存變化會在完整內(nèi)存拷貝完成進行增量傳輸。塊設(shè)備的傳輸是一個主要的問題，如果 VM 采用本地存儲，那么通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸巨大的容量會成為一個非常不穩(wěn)定的熱遷移失敗因素。因此，通常熱遷移需要共享存儲的支持來徹底避免塊數(shù)據(jù)傳輸使得 VM 的熱遷移可以在分鐘內(nèi)完成。這樣，像 KVM 只需要將所有設(shè)備驅(qū)動(包括塊設(shè)備)和內(nèi)存數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)方式傳輸?shù)綄Χ?，可以?ms 級別的服務(wù)不可用時間內(nèi)完成遷移。具體 VM Live Migration 算法如 Pre-Copy 策略

Slave OS Hosting

因為熱遷移需要 VM 全部使用能容災(zāi)的共享存儲方案，使得一些特殊性能需求的云平臺存在一定困難。云平臺共享存儲系統(tǒng)***的痛點之一就是 IO 延遲，因此很多云平臺會采取本地存儲加上遠端異步災(zāi)備的方式來實現(xiàn)高性能塊存儲和高可用的折中。因為災(zāi)備是異步的原因，熱遷移的塊設(shè)備遷移復(fù)雜性會大大提高，因此需要探索新的宿主機重啟并不影響 VM 的方式。這就出現(xiàn)了以雙系統(tǒng)為原型的宿主機重啟方案，本質(zhì)就是每個宿主機存在兩個系統(tǒng)，一個主系統(tǒng)就是通常意義上的宿主系統(tǒng)，而副系統(tǒng)是一個只支持部分能力的 mini OS。在需要宿主機操作系統(tǒng)重啟恢復(fù)的時候，主系統(tǒng)會將硬件的抽象服務(wù)(也就是操作系統(tǒng)的服務(wù))轉(zhuǎn)交給副系統(tǒng)提供服務(wù)，這時 VM 仍然能夠進行正常的 CPU 計算和內(nèi)存服務(wù)，只是提供服務(wù)的系統(tǒng)從原來的主系統(tǒng)變成了副系統(tǒng)。另外，mini OS 會在一些困難的服務(wù)轉(zhuǎn)交如 IO 服務(wù)上采取妥協(xié)的方式，mini OS 會 block 或者減慢部分服務(wù)的能力。然后主系統(tǒng)在重載后啟動重新接管，VM 恢復(fù)正常，期間可能會造成 VM 的 IO 能力下降等等問題，但是可以保證大部分 VM 業(yè)務(wù)服務(wù)的正常運作。

小結(jié)

本文簡要介紹了目前云平臺在對不可避免的宿主機重啟處理上的優(yōu)化技術(shù)，來減少用戶 VM 不可服務(wù)時間來提升云平臺的可用性。云平臺服務(wù)商通過會根據(jù)自身系統(tǒng)和 Hypervisor 的類型來選擇和實現(xiàn)特定的技術(shù)來實現(xiàn)這個目的。