虛擬化中避免不同客域間數(shù)據(jù)共享的網(wǎng)絡(luò)帶寬限制

趙云棟

（河北省財(cái)政廳，石家莊 050051）

1 引言

在各個(gè)域間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的虛擬化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)硬件裝置和在該計(jì)算機(jī)硬件裝置上運(yùn)行的軟件單元，軟件單元包括主域、客域、在主域與客域之間的域間通道。其中，主域的內(nèi)核有文件系統(tǒng)模塊和共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，客域的內(nèi)核有共享數(shù)據(jù)客戶端模塊，域間通道用于實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)客戶端模塊和共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊之間的數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明共享數(shù)據(jù)的方法是在共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊和共享數(shù)據(jù)客戶端模塊之間，藉由它們之間的域間通道，通過基于半虛擬化的內(nèi)存頁面重映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)文件訪問過程。該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)不同域之間不能有效共享數(shù)據(jù)的問題，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，減低維護(hù)成本，性能好、效率高、適用范圍廣。

2 技術(shù)分析

各域之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)要包括：一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件裝置，該計(jì)算機(jī)硬件裝置設(shè)有：一個(gè)或一組支持兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)行特權(quán)級的中央處理器、設(shè)定容量的內(nèi)存和包括存儲(chǔ)設(shè)備在內(nèi)的輸入輸出設(shè)備，所述存儲(chǔ)設(shè)備包括硬盤、軟盤、閃存盤、光盤、直連式存儲(chǔ)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備；該系統(tǒng)還包括在所述計(jì)算機(jī)硬件裝置上運(yùn)行的軟件單元，所述軟件單元包括：一個(gè)主域部件、一個(gè)或多個(gè)客域部件以及在主域部件與客域部件之間的域間通道部件。主域部件直接運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件裝置上，用于提供支撐虛擬機(jī)運(yùn)行的虛擬機(jī)監(jiān)控器。主域部件的內(nèi)核包括文件系統(tǒng)模塊和共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，文件系統(tǒng)模塊用于管理計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備及其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并完成對存儲(chǔ)設(shè)備上的文件訪問；共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊用于與客域部件的共享數(shù)據(jù)客戶端模塊進(jìn)行交互，利用文件系統(tǒng)模塊的文件訪問功能，完成客域部件中的共享數(shù)據(jù)客戶端模塊對主域部件直接管理的存儲(chǔ)設(shè)備及其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的訪問。客域部件運(yùn)行在主域部件的虛擬機(jī)監(jiān)視器所支撐的虛擬機(jī)上?？陀虿考膬?nèi)核包括共享數(shù)據(jù)客戶端模塊，該模塊用做客域操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)重定向器，以響應(yīng)來自該客域部件中的應(yīng)用和其他內(nèi)核子系統(tǒng)模塊對存儲(chǔ)設(shè)備上的文件訪問請求，并通過域間通道與主域部件的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊進(jìn)行交互，利用主域部件的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊和文件系統(tǒng)模塊的文件訪問功能，完成客域部件對主域部件直接管理的存儲(chǔ)設(shè)備及其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的間接訪問。

主域部件與客域部件之間的域間通道部件，是基于半虛擬化的內(nèi)存頁面重映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)的域間通信通道，用于完成客域部件的共享數(shù)據(jù)客戶端模塊和主域部件的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊之間的數(shù)據(jù)交互。所述主域部件的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊和文件系統(tǒng)模塊都運(yùn)行在該主域部件的操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)，其中，共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊按照文件系統(tǒng)向上提供的接口規(guī)范與文件系統(tǒng)模塊交互，并通過文件系統(tǒng)模塊管理存儲(chǔ)設(shè)備和其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。該共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的文件訪問例程經(jīng)文件系統(tǒng)模塊通過執(zhí)行典型的“打開、包括讀、寫、或控制的各項(xiàng)操作、關(guān)閉”文件的操作系統(tǒng)文件訪問過程完成對文件的訪問。

客域部件的操作系統(tǒng)是通用的操作系統(tǒng)，所述每個(gè)客域部件都有一個(gè)運(yùn)行在該客域操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)的共享數(shù)據(jù)客戶端模塊；該共享數(shù)據(jù)客戶端模塊在客域提供本地文件系統(tǒng)的功能，向客域部件中的應(yīng)用和其他內(nèi)核子系統(tǒng)模塊提供本地文件系統(tǒng)的服務(wù)接口，通過域間通道部件與主域部件中的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊進(jìn)行交互。當(dāng)所述虛擬化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)客域部件時(shí)，所述主域部件和該多個(gè)客域部件之間建立的域間通道部件呈一對多的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且其中每個(gè)客域部件的共享數(shù)據(jù)客戶端模塊與主域部件的共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊之間的交互是彼此獨(dú)立的。

共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊應(yīng)保證，每個(gè)客域部件對主域部件直接管理的存儲(chǔ)設(shè)備和其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的訪問不能干涉其他客域部件對主域部件直接管理的存儲(chǔ)設(shè)備和其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的訪問，以及某個(gè)客域部件的非法操作不能對主域部件和其他客域部件產(chǎn)生不利影響。所述主域部件的內(nèi)核數(shù)據(jù)訪問棧的結(jié)構(gòu)由最底層向上的排列順序包括：存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊，存儲(chǔ)卷管理模塊，文件系統(tǒng)模塊，共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊。內(nèi)核數(shù)據(jù)訪問棧的另一種結(jié)構(gòu)包括文件系統(tǒng)模塊和共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，此時(shí)的文件系統(tǒng)模塊是基于網(wǎng)絡(luò)的文件系統(tǒng)模塊或虛文件系統(tǒng)模塊。共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊設(shè)有兩類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：文件訪問表和文件訪問實(shí)例，前者是分別為與該共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊進(jìn)行交互的各個(gè)共享數(shù)據(jù)客戶端模塊單獨(dú)、對應(yīng)地建立的，該文件訪問表由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)著所述共享數(shù)據(jù)客戶端模塊與該共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊之間的一個(gè)文件訪問過程，后者用于記錄每一個(gè)文件訪問過程中的文件訪問信息，對應(yīng)于某個(gè)文件訪問過程的文件訪問表的節(jié)點(diǎn)直接含有或由指針間接指向?qū)?yīng)于同一個(gè)文件訪問過程的文件訪問實(shí)例。所述文件訪問表的節(jié)點(diǎn)和文件訪問實(shí)例是在該共享數(shù)據(jù)客戶端模塊請求共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊打開文件時(shí)，由共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊建立，并在該共享數(shù)據(jù)客戶端模塊請求共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊關(guān)閉文件時(shí)，由共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊拆除。當(dāng)共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊響應(yīng)某個(gè)共享數(shù)據(jù)客戶端模塊請求而打開文件、建立對應(yīng)本次文件訪問過程的文件訪問表節(jié)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)識(shí)符－檢索索引號，用于標(biāo)識(shí)該文件訪問過程的文件訪問表節(jié)點(diǎn)，并回復(fù)給該共享數(shù)據(jù)客戶端模塊。共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊用該檢索索引號可以獲得對應(yīng)的文件訪問實(shí)例，從而獲得這次文件訪問過程的文件訪問信息，且在本次文件訪問過程中，在共享數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊響應(yīng)該共享數(shù)據(jù)客戶端模塊的請求關(guān)閉文件，并拆除對應(yīng)這次文件訪問過程中的文件訪問表節(jié)點(diǎn)和文件訪問實(shí)例之前，標(biāo)識(shí)本次文件訪問過程的檢索索引號始終有效、且是惟一的。

3 結(jié)束語

上述辦法高效合理地解決數(shù)據(jù)之間傳輸與共享，傳統(tǒng)虛擬化中不同客域之間數(shù)據(jù)傳輸或共享，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可達(dá)100Mb/s，通過半虛擬化內(nèi)存頁面映射技術(shù)，傳輸速率可達(dá)2000Mb/s。目前，企事業(yè)單位的虛擬化平臺(tái)覆蓋率已達(dá)到50%以上，隨著時(shí)間的推移，虛擬化比將會(huì)越來越高，半虛擬化內(nèi)存頁面映射技術(shù)將為虛擬化平臺(tái)帶來新的革命與挑戰(zhàn)。■