陳俊鵬

摘要：Xen虛擬化技術(shù)作為當(dāng)前作為火熱的虛擬化技術(shù)之一，在日漸龐大的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用過(guò)程中扮演著愈發(fā)重要的角色。當(dāng)前，這類系統(tǒng)的后期維護(hù)及整體系統(tǒng)升級(jí)時(shí)間通常十分冗長(zhǎng)。本文在對(duì)當(dāng)前大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，就Xen虛擬化技術(shù)的原理與系統(tǒng)的升級(jí)機(jī)制進(jìn)行探討，并對(duì)其升級(jí)機(jī)制提出了針對(duì)性改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：Xen 補(bǔ)丁 更新機(jī)制 超時(shí)機(jī)制

中圖分類號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0112-01

1 當(dāng)前大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于復(fù)雜計(jì)算、智能計(jì)算、分布式計(jì)算以及云計(jì)算的需求越來(lái)越大。一方面，復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就需要復(fù)雜的前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)于整體架構(gòu)的要求極高，稍不注意就會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)冗余，占用大量硬件資源的同時(shí)卻無(wú)法真正發(fā)揮整體性能；另一方面，對(duì)于運(yùn)行中的系統(tǒng)而言，安全補(bǔ)丁及不定期的系統(tǒng)升級(jí)非常重要，如果系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，后期的維護(hù)成本急劇增加。

這就使得當(dāng)前越來(lái)越多企業(yè)級(jí)系統(tǒng)軟件開(kāi)始朝著分布式設(shè)計(jì)管理、多操作系統(tǒng)運(yùn)行的方向進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)將某一龐大的計(jì)算系統(tǒng)分解為多個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)，使這些子系統(tǒng)分布式運(yùn)行，達(dá)到硬件使用及運(yùn)行效率的提升。這其中，有很大一部分的大型系統(tǒng)開(kāi)始采用虛擬化技術(shù)，特別是Xen虛擬化技術(shù)來(lái)作為此類系統(tǒng)的分布式設(shè)計(jì)及運(yùn)行支撐。通過(guò)在Xen虛擬化環(huán)境中分布式運(yùn)行的幾個(gè)OS（操作系統(tǒng)），在這些OS中運(yùn)行基于該OS設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)，使在極小的硬件性能損耗的前提下，充分發(fā)揮這些OS及在為OS特別設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)的獨(dú)特性和優(yōu)越性，做到整體系統(tǒng)運(yùn)行及計(jì)算的最優(yōu)。

2 Xen虛擬化技術(shù)的原理

Xen虛擬化技術(shù)是當(dāng)前唯一的type 1開(kāi)源虛擬化技術(shù)解決方案。其內(nèi)核小，可以在極小硬件損耗的情況下同時(shí)支持多達(dá)100個(gè)以上的OS以接近于直接在裸機(jī)上運(yùn)行的性能運(yùn)行，并同時(shí)保持這些OS運(yùn)行的安全隔離。當(dāng)前，Xen可以支持全虛擬化技術(shù)（hardware-assisted virtualization）、半虛擬化技術(shù) （para-virtualization） 以及混合虛擬化技術(shù)（PV on HVM）。使用最多，性能最強(qiáng)的則是其半虛擬化技術(shù)。

在一個(gè)Xen的虛擬化環(huán)境中，主要包括Xen Hypervieosr、Domain0、DomainU、GuestOS及Application等幾個(gè)組成部分。Xen Hypervisor是Xen下的虛擬機(jī)監(jiān)測(cè)器，即VMM。它負(fù)責(zé)完成CPU的調(diào)度、內(nèi)存資源分布以及中斷請(qǐng)求。由于hypervisor對(duì)于所有的Domain0及DomainU都是透明的，所以可以把hypervisor可以認(rèn)定為是Domain0及DomainU的硬件層。

DomainU是Xen下的客戶域，客戶域中單獨(dú)運(yùn)行有各自的OS以及相應(yīng)的子系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。

Domain0是Xen在初始化運(yùn)行之后在整個(gè)環(huán)境中運(yùn)行的第一個(gè)虛擬機(jī)。作為Xen下所有DomainU的控制域，它處理所有訪問(wèn)各個(gè)域的I/O請(qǐng)求及其他相關(guān)的交互。特別的，所有進(jìn)出Xen虛擬化環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)傳輸以及DomainU之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸，都需要經(jīng)過(guò)Domain0。

3 當(dāng)前這類系統(tǒng)的升級(jí)機(jī)制

在一個(gè)大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，升級(jí)系統(tǒng)模塊不可避免的會(huì)需要暫停系統(tǒng)的使用，這通常都是需要極力避開(kāi)的。所以，為減少更新次數(shù)，每次進(jìn)行升級(jí)更新時(shí)很有可能會(huì)同時(shí)涉及到當(dāng)前運(yùn)行的各個(gè)子系統(tǒng)以及其底層的OS，甚至還會(huì)包括Xen的更新。因此，當(dāng)前的升級(jí)補(bǔ)丁通常以一個(gè)含有各DomainU內(nèi)所有更新文件的多個(gè)升級(jí)包（package）組成。在這些升級(jí)包中，含有該DomainU中子系統(tǒng)及其中OS的所有升級(jí)文件。具體的升級(jí)過(guò)程如下所示：（1）當(dāng)前運(yùn)行的系統(tǒng)檢測(cè)到有升級(jí)補(bǔ)丁時(shí)，由Domain0發(fā)起一個(gè)更新進(jìn)程，從而從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載相應(yīng)的補(bǔ)丁文件到特定的文件夾中；（2）補(bǔ)丁文件下載完成后，系統(tǒng)需要先檢查該文件是否合法完整，之后提取其中的升級(jí)包，并根據(jù)補(bǔ)丁中的控制腳本預(yù)設(shè)好的安裝順序進(jìn)行排序；（3）將第一個(gè)升級(jí)包同步到相應(yīng)的DomainU中，控制腳本會(huì)根據(jù)該DomainU中的安裝成功消息來(lái)決定是否進(jìn)行下一個(gè)DomainU的升級(jí)。如果補(bǔ)丁包的安裝過(guò)程中某一DomainU出錯(cuò)，需回滾整個(gè)安裝流程。

在這個(gè)過(guò)程中，我們能看到很多值得注意的問(wèn)題：（1）這個(gè)升級(jí)機(jī)制要求在某一DomainU的升級(jí)包安裝過(guò)程中，其他的DomainU均掛起。只有當(dāng)前一個(gè)域安裝成功后才進(jìn)行下一個(gè)域的升級(jí)。這一設(shè)置會(huì)大大增加升級(jí)時(shí)間；（2）當(dāng)某個(gè)域的安裝出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，需要回滾整個(gè)安裝過(guò)程。當(dāng)排除掉這些問(wèn)題之后進(jìn)行重新升級(jí)時(shí)，卻有要重新安裝一遍上一次已經(jīng)安裝成功的組件。這會(huì)大大降低升級(jí)效率；（3）每個(gè)域內(nèi)都運(yùn)行有自己特定的OS，如果升級(jí)包中涉及到OS的升級(jí)，就會(huì)使得每個(gè)升級(jí)包變得非常龐大，從而使升級(jí)補(bǔ)丁變得十分巨大。這就造成了網(wǎng)絡(luò)傳輸上的困難。

4 對(duì)該升級(jí)機(jī)制做的幾類改進(jìn)

從縮短升級(jí)時(shí)間以及提高升級(jí)效率的方面，我們對(duì)升級(jí)機(jī)制進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：

將當(dāng)前的升級(jí)機(jī)制從同步升級(jí)改為異步升級(jí)，也就是說(shuō)，將多個(gè)升級(jí)包文件進(jìn)行同時(shí)傳輸至各個(gè)DomainU，使多個(gè)域同時(shí)進(jìn)行包的安裝。

當(dāng)某個(gè)DomainU中的安裝出錯(cuò)導(dǎo)致升級(jí)失敗時(shí)，只回滾該域中的安裝過(guò)程。下次再執(zhí)行補(bǔ)丁升級(jí)時(shí)，只對(duì)之前升級(jí)出錯(cuò)的域進(jìn)行重新安裝。

每個(gè)升級(jí)包中都會(huì)涉及到大量的系統(tǒng)組件。有些組件的升級(jí)事關(guān)系統(tǒng)的安全及正常運(yùn)行，而有些則可以推遲甚至不升級(jí)。由此我們可以在升級(jí)過(guò)程中設(shè)置一個(gè)動(dòng)態(tài)的超時(shí)機(jī)制。

當(dāng)某些不重要的組件安裝失敗時(shí)，迫使其推出當(dāng)前升級(jí)過(guò)程并恢復(fù)已備份的版本，進(jìn)行下一組件的安裝。

參考文獻(xiàn)

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