CN104598293B - 一种在线快照的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线快照的方法和设备，该方法包括：虚拟机接收在线快照命令；虚拟机在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制第一内存块，以得到与第一内存块相同的第二内存块；虚拟机将第二级索引表的第一指针指向第一内存块，并将第二级索引表的第二指针指向第二内存块；虚拟机利用当前待写入数据的地址查询第二级索引表，并对第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；虚拟机利用当前待快照数据的地址查询第二级索引表，对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。本发明实施例中，当虚拟机接收到在线快照命令时，不需要暂停虚拟机的读写操作，不会导致虚拟机的业务中断。

Description

一种在线快照的方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种在线快照的方法和设备。

背景技术

随着硬件速度的不断提高，物理服务器的性能大大提升，数据中心中的部分物理服务器的使用率有所下降，为了提高物理服务器的硬件利用率，降低数据中心的运维成本，虚拟化技术得到了很大发展。通过虚拟机软件，可以在物理服务器上模拟出一台或多台虚拟机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，例如可以安装操作***、安装应用程序、访问网络资源等。从用户的角度来看，它只是运行在物理服务器上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就像是在真正的计算机中进行工作。

在虚拟机快照技术中，虚拟机快照分为离线快照和在线快照，离线快照是虚拟机的磁盘文件在某个时间点的复本，在线快照是虚拟机的磁盘文件和运行时所使用内存在某个时间点的复本。虚拟机快照产生的复本保存在磁盘文件中，当虚拟机***崩溃或***异常时，通过虚拟机快照产生的复本可以恢复相应的数据，从而有效保护磁盘上的文件***和虚拟机的内存数据。

现有技术中，当正在运行的虚拟机接收到在线快照命令时，暂停本虚拟机的读写操作，并对虚拟机的磁盘文件和运行时所使用内存进行快照处理，在快照处理完成后，恢复本虚拟机的读写操作，继续对外提供读写服务。

由于在线快照会暂停虚拟机的读写操作，因此会导致虚拟机的业务中断，而且业务中断的时间与虚拟机使用的内存成正比，如果虚拟机使用的内存过大，则会导致虚拟机业务中断的时间过长，严重影响用户的使用感受。

发明内容

本发明实施例提供一种在线快照的方法，所述方法包括以下步骤：

虚拟机接收在线快照命令；

所述虚拟机在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制所述第一内存块，以得到与所述第一内存块相同的第二内存块；

所述虚拟机将第二级索引表的第一指针指向所述第一内存块，并将所述第二级索引表的第二指针指向所述第二内存块；其中，所述第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，所述第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块；所述第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，所述第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理；

所述虚拟机利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；

所述虚拟机利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

所述虚拟机对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理，之后还包括：

所述虚拟机在完成在线快照之后，所述虚拟机删除所述第一内存块中的数据，并将所述第二级索引表的第一指针指向所述第二内存块。

所述方法进一步包括：

所述虚拟机生成数据地址对应的内存地址结构，所述内存地址结构包括第一级索引表、第二级索引表和第三级内存块地址表；所述第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，所述第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，所述第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

所述方法进一步包括：

所述虚拟机利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，所述虚拟机确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表；

所述虚拟机利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，所述虚拟机确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表。

本发明实施例提供一种虚拟机，所述虚拟机具体包括：

接收模块，用于接收在线快照命令；

获得模块，用于在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制所述第一内存块，以得到与所述第一内存块相同的第二内存块；

表项管理模块，用于将第二级索引表的第一指针指向所述第一内存块，并将所述第二级索引表的第二指针指向所述第二内存块；其中，所述第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，所述第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块；所述第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，所述第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理；

处理模块，用于利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；

利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表，并对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

所述表项管理模块，进一步用于在对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理之后，在完成在线快照后，删除所述第一内存块中的数据，并将所述第二级索引表的第一指针指向所述第二内存块。

所述表项管理模块，还用于生成数据地址对应的内存地址结构，所述内存地址结构包括第一级索引表、第二级索引表和第三级内存块地址表；所述第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，所述第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，所述第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

所述处理模块，具体用于在利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表；

在利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表。

基于上述技术方案，本发明实施例中，当正在运行的虚拟机接收到在线快照命令时，不需要暂停虚拟机的读写操作，并可以对虚拟机的磁盘文件和运行时所使用内存进行快照处理，因此不会导致虚拟机的业务中断，虚拟机的业务不会受到在线快照的影响，在线快照期间修改的数据不会丢失。

附图说明

图1是本发明实施例中提出的内存地址结构的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种在线快照的方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的复制第一内存块得到第二内存块的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种虚拟机的结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种在线快照的方法，该方法用于对当前正在运行的虚拟机进行在线快照处理，该虚拟机包括但不限于KVM(Kernel-based Virtual Machine，内核级虚拟化技术)虚拟机。

本发明实施例中，虚拟机需要生成数据地址对应的内存地址结构，该内存地址结构具体包括第一级索引表(L1_index表)、第二级索引表(L2_index表)和第三级内存块地址表(Cluster(簇)内存块表)。其中，第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

本发明实施例中，将虚拟机模拟的内存分配以内存地址结构(即3级目录)的形式来实现，内存地址结构的最后一级是第三级内存块地址表，第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块，该内存块的大小可以是1M，4M、16M、32M等，所有内存的分配都是以内存块为单位进行分配和使用，真正的内存数据被保存在一个或者多个内存块内。内存地址结构的第一级为第一级索引表，内存地址结构的第二级为第二级索引表，第一级索引表和第二级索引表是目录表，通过第一级索引表和第二级索引表可以查询到内存块，即为了根据地址找到具体的内存块，需要查询第一级索引表和第二级索引表。

如图1所示，为内存地址结构的示意图，假设虚拟机的内存地址是32位，内存块的大小是1M，第一级索引表的值是地址前4位，第二级索引表的值是后面8位(即第5-8位)，剩余的是第三级内存块地址表，即内存块索引。假设待写入内存的数据地址是0X388B3310，则虚拟机生成该数据地址对应的内存地址结构，该内存地址结构的第一级索引表的值是3，第二级索引表的值是88，第三级内存块地址表中的索引是B3310。第一级索引表的值(3)的第三指针指向第二级索引表(88)，第二级索引表(88)的第一指针和第二指针均指向第三级内存块地址表(B3310)，且第三级内存块地址表(B3310)中的地址B3310对应一个内存块，即内存块中偏移B3310的位置为真正的内存位置。

本发明实施例中，基于上述内存地址结构，假设需要对地址0X388B3310的数据进行修改，则虚拟机通过第一级索引3查询第一级索引表(即从第一级索引表中查询出第一级索引3所在的位置)，并通过第一级索引3在第一级索引表中对应的第三指针查询到第二级索引表。虚拟机通过第二级索引88查询第三指针指向的各第二级索引表，以得到第二级索引88对应的第二级索引表(即从第二级索引表中查询出第二级索引88所在的位置)，并通过第二级索引88在该第二级索引表中对应的第一指针或者第二指针查询到第三级内存块地址表。进一步的，虚拟机通过第三级索引B3310查询第一指针或者第二指针指向的各第三级内存块地址表，以得到第三级索引B3310对应的第三级内存块地址表(即从第三级内存块地址表中查询出第三级索引B331088所在的位置)，并且第三级索引B3310表示在这个内存块中偏移B3310的位置，即为真正该内存的位置。

基于上述内存地址结构，如图2所示，该在线快照的方法包括以下步骤：

步骤201，虚拟机接收在线快照命令，如用户向虚拟机下发snapshot(快照)命令，虚拟机接收在线快照命令，并对运行时所使用内存进行快照处理。

本发明实施例中，当正在运行的虚拟机接收到在线快照命令时，不需要暂停本虚拟机的读写操作，并对虚拟机的磁盘文件和运行时所使用内存进行快照处理。在对虚拟机的磁盘文件进行快照处理时，处理方式与现有技术相同，在此不再赘述。在对虚拟机运行时所使用内存进行快照处理时，虚拟机接收到在线快照命令后，不会暂停虚拟机，而是直接将虚拟机当前使用的所有内存写入到磁盘文件中，以对虚拟机运行时所使用内存进行快照处理。

步骤202，虚拟机在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则虚拟机复制该第一内存块，以得到与该第一内存块相同的第二内存块。

本发明实施例中，当虚拟机正在使用时，虚拟机使用的内存块中的数据可能会被修改。由于虚拟机进行在线快照时需要一定的时间，在线快照的动作无法瞬时完成，因此，在进行在线快照的过程中，即虚拟机完成在线快照之前，虚拟机使用的内存块中的数据会被修改。假设当前需要修改第一内存块中的数据，则虚拟机复制该第一内存块，以得到与第一内存块相同的第二内存块。如图3所示，为虚拟机复制第一内存块得到第二内存块的示意图。

其中，当虚拟机使用的多个内存块中的数据被修改时，则虚拟机需要分别复制这多个内存块，以得到与这多个内存块相同的多个内存块。

其中，虚拟机在复制第一内存块时，虚拟机可以采用COW(Copy On Write，写时复制)技术复制第一内存块。进一步的，COW技术是一种无锁的快速数据访问机制，使用场景是：多个线程或者进程读取，并且读取操作压力比较大，写操作压力比较小的应用场景，即多个读操作共享读取同一内存块，但写操作时，复制一份原内存块，在复制的内存块中进行修改。

步骤203，虚拟机将第二级索引表的第一指针指向第一内存块，并将第二级索引表的第二指针指向第二内存块。其中，第一内存块是虚拟机复制之前的内存块，该第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，即虚拟机复制之前的内存块中的数据用于进行在线快照处理。第二内存块是虚拟机复制之后的与第一内存块相同的内存块，该第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理，即虚拟机复制之后的内存块中的数据用于进行数据写入处理。

本发明实施例中，第二级索引表包括第一指针和第二指针，第一指针用于指向原始内存块，第二指针用于指向新内存块，新内存块是对原始内存块复制后的内存块。进一步的，第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，即虚拟机复制之前的第一内存块；第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块，即虚拟机复制之后的第二内存块。

基于此，如果虚拟机未复制第一内存块，则第一内存块为原始内存块，且不存在该原始内存块对应的复制后的内存块，因此，虚拟机将第二级索引表的第一指针指向第一内存块，并将第二级索引表的第二指针指向第一内存块。进一步的，如果虚拟机复制第一内存块，并得到与该第一内存块相同的第二内存块，则第一内存块为原始内存块，第二内存块为该原始内存块对应的复制后的内存块，因此，虚拟机将第二级索引表的第一指针指向第一内存块，并将第二级索引表的第二指针指向第二内存块。

步骤204，虚拟机利用当前待写入数据的地址查询第二级索引表，并对第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改。

步骤205，虚拟机利用当前待快照数据的地址查询第二级索引表，并对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

本发明实施例中，如果虚拟机复制第一内存块，并得到与该第一内存块相同的第二内存块，则虚拟机需要利用原始内存块(即第一内存块)进行快照处理，并需要对复制后的新内存块(即第二内存块)中的数据进行修改。

进一步的，本发明实施例中，如果有数据(即当前待写入数据)需要写入到内存块中，则虚拟机可以确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在第一级索引表中对应的第三指针查询第二级索引表，并对第二级索引表的第二指针指向的第二内存块(即复制后的新内存块)中的数据进行修改。如果有数据(即当前待快照数据)需要被快照处理，则虚拟机可以确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在第一级索引表中对应的第三指针查询第二级索引表，并对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块(即原始内存块)中的数据进行快照处理。

本发明实施例中，虚拟机对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理之后，在完成在线快照后，虚拟机删除第一内存块中的数据，以便减少内存消耗，并将第二级索引表的第一指针指向第二内存块。

基于上述技术方案，本发明实施例中，当正在运行的虚拟机接收到在线快照命令时，不需要暂停虚拟机的读写操作，并可以对虚拟机的磁盘文件和运行时所使用内存进行快照处理，因此不会导致虚拟机的业务中断，虚拟机的业务不会受到在线快照的影响，在线快照期间修改的数据不会丢失。

基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种虚拟机，如图4所示，所述虚拟机具体包括：

接收模块11，用于接收在线快照命令；

获得模块12，用于在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制所述第一内存块，以得到与所述第一内存块相同的第二内存块；

表项管理模块13，用于将第二级索引表的第一指针指向所述第一内存块，并将所述第二级索引表的第二指针指向所述第二内存块；其中，所述第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，所述第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块；所述第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，所述第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理；

处理模块14，用于利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；

利用当前待快照数据的地址查询第二级索引表，并对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

所述表项管理模块13，进一步用于在对第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理之后，在完成在线快照后，删除所述第一内存块中的数据，并将所述第二级索引表的第一指针指向所述第二内存块。

所述表项管理模块13，还用于生成数据地址对应的内存地址结构，所述内存地址结构包括第一级索引表、第二级索引表和第三级内存块地址表；所述第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，所述第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，所述第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

所述处理模块14，具体用于在利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表；

在利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种在线快照的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

虚拟机接收在线快照命令；

所述虚拟机在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制所述第一内存块，以得到与所述第一内存块相同的第二内存块；

所述虚拟机将第二级索引表的第一指针指向所述第一内存块，并将所述第二级索引表的第二指针指向所述第二内存块；其中，所述第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，所述第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块；所述第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，所述第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理；

所述虚拟机利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；

所述虚拟机利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟机对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理，之后还包括：

所述虚拟机在完成在线快照之后，所述虚拟机删除所述第一内存块中的数据，并将所述第二级索引表的第一指针指向所述第二内存块。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

所述虚拟机生成数据地址对应的内存地址结构，所述内存地址结构包括第一级索引表、第二级索引表和第三级内存块地址表；所述第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，所述第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，所述第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

所述虚拟机利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，所述虚拟机确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表；

所述虚拟机利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，所述虚拟机确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表。

5.一种虚拟机，其特征在于，所述虚拟机具体包括：

接收模块，用于接收在线快照命令；

获得模块，用于在完成在线快照之前，如果需要修改第一内存块中的数据，则复制所述第一内存块，以得到与所述第一内存块相同的第二内存块；

表项管理模块，用于将第二级索引表的第一指针指向所述第一内存块，并将所述第二级索引表的第二指针指向所述第二内存块；其中，所述第一指针用于指向能够进行在线快照处理的内存块，所述第二指针用于指向能够进行数据写入处理的内存块；所述第一内存块中的数据具体用于进行在线快照处理，所述第二内存块中的数据具体用于进行数据写入处理；

处理模块，用于利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第二指针指向的第二内存块中的数据进行修改；

利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表，并对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理。

6.如权利要求5所述的虚拟机，其特征在于，

所述表项管理模块，进一步用于在对所述第二级索引表的第一指针指向的第一内存块中的数据进行快照处理之后，在完成在线快照后，删除所述第一内存块中的数据，并将所述第二级索引表的第一指针指向所述第二内存块。

7.如权利要求5所述的虚拟机，其特征在于，所述表项管理模块，还用于生成数据地址对应的内存地址结构，所述内存地址结构包括第一级索引表、第二级索引表和第三级内存块地址表；所述第一级索引表的第三指针指向第二级索引表，所述第二级索引表的第一指针和第二指针指向第三级内存块地址表，所述第三级内存块地址表的每个地址对应一个内存块。

8.如权利要求7所述的虚拟机，其特征在于，

所述处理模块，具体用于在利用当前待写入数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待写入数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表；

在利用当前待快照数据的地址查询所述第二级索引表的过程中，确定当前待快照数据的地址对应的第一级索引，并通过第一级索引在所述第一级索引表中对应的第三指针查询所述第二级索引表。