虚拟计算环境的迁移技术研究

论文摘要

随着Internet平台的快速发展与广泛应用,网络上汇聚着大量的信息内容、计算能力、存储空间、网络带宽等资源。尽管人们不断在资源利用和资源共享上取得进步,但是资源利用率仍然不够理想。如何合理的使用Internet上的资源是虚拟计算环境的一个重要的研究课题。在研究如何有效使用资源这一问题中负载均衡和容错是两种非常重要的机制:一个分布式应用程序必须能够根据各个节点上的负载信息,调整给各个任务分配的资源来提高应用程序的整体效率;当某个节点在程序运行过程中失效时,如果能将该节点上的任务转移到其他节点上继续处理,则可避免整个应用程序的失败。这两种情况都需要任务在节点间的迁移能力。迁移技术能够提高分布式应用程序的性能,灵活性和可靠性。本文提出了虚拟计算环境的迁移机制。在虚拟计算环境中,程序的执行过程是角色实例间的交互作用、执行过程,程序的迁移通过角色实例的迁移进行。本文介绍了虚拟计算环境和基于虚拟计算环境的程序设计语言Owlet。通过对进程迁移、移动代理、事件服务、分布式事务等分布式技术进行对比,分析了迁移技术必须考虑的各个方面。在研究了多种迁移技术和移动代理系统的基础上,采用移动代理的方式实现虚拟计算环境中角色实例的迁移。角色实例的迁移方法分为两个层次,角色容器层和事件层。本文首先定义了在各个层次中迁移算法必须满足的事务性质,然后提出了符合这些事务性质的迁移算法。在角色容器中,按照关注点分离的这一思想提出了将保存角色实例交互状态的代码和保存角色实例业务逻辑状态的代码相分离这个方法,简化了迁移机制的设计难度,部分解决了迁移算法固有的遗留依赖性问题。在事件层次中我们提出了ReSubscribe算法来解决事件服务系统中路由重定向问题。在迁移策略上,该迁移机制允许通过配置资源QOS参数的方式进行迁移,也允许用户程序调用接口进行迁移。实验表明本文提出的迁移算法能够有效的提高虚拟计算环境程序的运行效率,而且算法本身是高效可扩展的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文贡献
• 1.3 论文结构
• 第二章 分布式计算技术
• 2.1 虚拟计算环境
• 2.1.1 概念框架
• 2.1.2 体系结构
• 2.2 Owlet 程序设计语言
• 2.2.1 Owlet 语言简介
• 2.2.2 Owlet 语言运行时
• 2.2.3 Owlet 语言中的迁移机制
• 2.3 迁移
• 2.3.1 迁移的目的
• 2.3.2 检查点
• 2.3.3 迁移的透明
• 2.3.4 迁移的分类
• 2.4 移动代理系统
• 2.4.1 D’Agent
• 2.4.2 Aglet
• 2.4.3 Ara
• 2.4.4 Ajanta
• 2.4.5 移动代理系统小结
• 2.5 事件服务
• 2.5.1 事件的解耦
• 2.5.2 基于订阅语言表达能力的分类
• 2.5.3 基于事件路由方式的分类
• 2.5.4 Padres
• 2.6 分布式事务技术
• 2.6.1 事务模型
• 2.6.2 事务的分类
• 2.6.3 分阶段提交协议
• 第三章 iVCE迁移机制设计
• 3.1 迁移机制分析
• 3.1.1 设计思路
• 3.1.2 目标体系结构
• 3.1.3 迁移的类型
• 3.1.4 强迁移和弱迁移
• 3.1.5 保存和恢复状态
• 3.1.6 命名和访问迁移的进程
• 3.1.7 清除不可迁移的状态
• 3.1.8 迁移策略
• 3.2 迁移机制的分层
• 3.2.1 迁移的基本流程
• 3.2.2 迁移的分层
• 3.3 迁移的事务性质
• 3.3.1 角色容器层ACID 性质
• 3.3.2 事件层ACID 性质
• 3.4 迁移总流程
• 3.5 角色容器层的迁移
• 3.5.1 角色实例状态转换协议
• 3.5.2 保存和恢复角色实例的状态
• 3.6 事件层的迁移
• 3.6.1 通信重定向机制分析
• 3.6.2 PEM 事件服务
• 3.6.3 迁移方法
• 3.7 迁移机制事务性质的证明
• 3.7.1 角色容器层事务性质
• 3.7.2 事件服务层事务性质
• 3.8 迁移策略
• 3.8.1 系统静态策略迁移
• 3.8.2 用户自定义策略迁移
• 第四章 iVCE迁移机制的实现
• 4.1 总体框架
• 4.2 迁移策略的实现
• 4.2.1 对Owlet 语言的修改
• 4.2.2 迁移接口
• 4.3 iVCE 虚拟内存迁移实例
• 4.3.1 虚拟内存介绍
• 4.3.2 迁移原因
• 4.3.3 虚拟内存系统结构
• 4.3.4 迁移过程
• 第五章 实验设计和分析
• 5.1 实验设计
• 5.1.1 实验内容
• 5.1.2 实验流程
• 5.2 实验结果及分析
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A：攻读硕士学位期间参加的科研项目