基于执行重放的虚拟机热备份方法的研究与实现

admin · 发表于 2023-10-3 08:42:27

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虚拟化技术通过在原有的应用系统中为上层应用提供统一的运行环境，从而屏蔽底层的异构性。虚拟机技术是在操作系统与底层硬件之间添加虚拟化层，为操作系统以及应用程序提供虚拟的硬件平台。虚拟机技术具有封装性、隔离性等优良特性，因此基于虚拟机的虚拟计算环境已经成为当前网络计算领域的热点研究内容，并且在数据中心、信息安全、服务器等诸多场合得到了广泛应用。随着虚拟机技术的迅速发展，越来越多的应用迁移至虚拟化平台。一方面，基于虚拟化平台的业务内容越来越丰富，提供服务的系统越来越复杂，发生错误的可能性越来越大，如银行、电信等行业的服务提供平台，系统复杂，数据量大，但同时要求较高的可靠性；另一方面，当运行于虚拟化平台的软件发生错误或遭到外界入侵后，希望可以重现整个过程，以进行调试或者入侵检测。本文在上述背景下，以虚拟化技术和执行重放方法为基础，设计并实现了一种基于执行重放的虚拟机热备份系统。通过该系统，虚拟机可以在运行的过程中记录运行数据并且在备份端重放，完成虚拟机状态的备份。本文首先分析总结了当前已有的虚拟机备份方法以及特点，明确了系统的功能需求以及实现目标，分析了虚拟机执行重放的具体过程以及记录回放原理。之后在以上分析的基础上给出了系统的流程设计，总体架构，并明确了系统的状态转移过程，在系统设计的基础上针对几个核心模块说明了实现细节以及其中用到的关键技术。最后，通过实验进行了功能验证，性能分析。实验数据表明，本文实现的系统能够正确记录虚拟机的执行流程并且完成重放，从而达到备份虚拟机生命周期中状态变化过程的目的。本文所实现的虚拟机备份系统主要有以下特点：1、将影响虚拟机状态转移过程的外部事件拆分为中断信号和I/O指令的模拟过程，减小虚拟硬件架构不同带来的事件处理过程的复杂性，使得虚拟机监控器硬件的扩展不需要为执行重放提供额外支持；2、继承全虚拟化技术的已有优点，本文实现系统对运行于其上的软件完全透明。软件不会因备份系统的存在而获得不同的执行结果，也不需要为支持备份系统运行做出修改。

基于执行重放的虚拟机热备份方法的研究与实现

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