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4 月 29 日，服气云研发技术专家 Frank.Lee 在服气云《Tech Talk · 云技术有话聊》系列直播课上进行了《高业务负载虚拟机热迁徙的挑战和优化实际》的分享，具体介绍了 原生 QEMU 在高业务负载虚拟机热迁徙场景里面临的挑战、导致高业务负载虚拟机热迁徙艰难的起因、服气云的优化实践经验分享 等内容。以下是他分享的内容摘要，想要理解更多能够关注“深服气科技”公众号回顾本期直播。
一、虚拟机热迁徙技术介绍
热迁徙是指把虚拟机从一个物理主机（源主机）迁徙到另一个物理主机（目标主机），分为：只迁徙虚拟机运行地位的 同存储热迁徙 、同时迁徙虚拟机运行地位和存储地位的 跨存储热迁徙。在热迁徙过程中，虚拟机业务不会中断，最初的停机迁徙阶段，虚构机会有短暂的进展，热迁徙实现后，虚构机会在目标主机上持续运行。
随着越来越多的用户将外围业务部署到云平台，用户对业务的停机工夫要求越来越高 ，甚至提出了零停机的能力要求。尤其是在物理主机保护、云平台热降级、云平台调度集群内虚拟机运行地位等场景中，虚拟机热迁徙操作的 性能影响 、 迁徙后果 、 资源耗费 、 迁徙时长 都会影响云平台的应用体验。
二、挑战和优化实际
挑战 1：算法效率低下
原生 QEMU 热迁徙内存数据应用的压缩算法是 zlib，它单核的压缩性能低，QEMU 压缩线程的 CPU 耗费高。这些会导致：性能无奈满足高负载场景，在带宽受限场景下可能无奈热迁徙实现，会重大耗费物理主机的 CPU 资源，导致物理主机其它业务零碎性能降落。
服气云提出了 QEMU 热迁徙压缩算法替换为 lz4 的优化实际办法，这使得速率晋升 7 倍以上，CPU 耗费升高 80%。
挑战 2：脏数据放大
QEMU 在迁徙磁盘数据时，会通过 BITMAP 来记录磁盘脏数据块，原生 QEMU 的磁盘 BITMAP 对应数据块的粒度大小是 1M，假如某个数据块中有 4K 数据产生批改，BITMAP 也会将整个数据块 (1M 大小) 标记为脏，后续就须要迁徙这 1M 的数据，由此带来了磁盘脏数据放大问题。
针对这个挑战，服气云实现了磁盘热迁徙 BITMAP 数据块粒度动静调整机制，将 BITMAP 数据块粒度做成迁徙前动静可配置，BITMAP 数据块粒度默认值从 1M 改为 64K。
挑战 3：CPU 空耗
原生 QEMU 进行跨存储热迁徙，在增量迭代迁徙阶段，热迁徙流程会遍历磁盘每个数据块，检测其状态是否为脏；在磁盘热迁徙进入到增量迭代的最初阶段，如果磁盘数据块总量比拟多，而残余脏数据块量比拟少时，热迁徙线程的 CPU 大量耗费在洁净数据块的有效遍历。在 Oracle 场景的实测后果，这里会导致 60% 以上的 CPU 额定耗费。
服气云改良了磁盘脏数据块的检索机制，对磁盘脏数据块保护一个多级检索位图；磁盘热迁徙时，对脏数据块的检测形式，由遍历检测改为间接对脏数据块进行多级检索，可能更高效地定位脏数据块地位。最终实现了跨存储热迁徙总耗时降落 20%，热迁徙线程的 CPU 耗费降落 60%。
挑战 4：业务性能受影响工夫较长
进入到增量迭代迁徙阶段后，如果内存脏数据的生成速率大于迁徙速率时，迁徙就永远无奈实现。原生 QEMU 通过 CPU 节流策略来解决此问题，原生 QEMU 热迁徙的 CPU 节流策略较为激进和板滞，在高业务负载场景下，CPU 节流持续时间长，导致业务性能继续受到影响。
服气云实现了一套新的 CPU 节流策略，在热迁徙过程中引入间接节流和阶段式节流两种节流形式，替换 QEMU 默认的节流策略，大幅缩短切换 downtime 工夫，大概在 2s 内。
挑战 5：热点内存的反复有效迁徙
当初的业务零碎在架构设计方面大多都遵循内存局部性原理，内存局部性原理分为：工夫局部性和空间局部性。依据内存局部性原理，虚拟机业务在运行过程中，会存在大量的热点内存，在短时间内被频繁地拜访和批改。虚拟机热迁徙进入到增量迭代迁徙阶段时，热点内存因为频繁批改，在每轮迭代都会变脏而反复迁徙。这会导致网络带宽和 CPU 资源的节约，以及热迁徙工夫变长。
服气云实现了一套热点内存脏数据提早迁徙机制——热点内存脏数据提早迁徙机制，缩小反复内存数据传输，耗时缩短 30%，内存数据量升高 35%。
三、优化实际成果总结
同存储热迁徙场景
（1）跑满万兆带宽，QEMU 压缩线程的 CPU 耗费缩小 80%；
（2）热迁徙耗时缩小 30%；
（3）迁徙内存总量缩小 35%；
（4）Oracle 虚拟机业务性能受影响工夫管制在 6s 以内。
跨存储热迁徙场景
（1）Oracle 数据库场景(8K 随机写 IO 模型)，磁盘脏数据放大率从 93 降落到 8，大幅升高了磁盘脏数据传输量；
（2）QEMU 热迁徙线程的 CPU 开销缩小 60%；
（3）跨存储热迁徙总耗时缩小 20%；
（4）Oracle 虚拟机磁盘迁徙能力晋升 10 倍。
实践证明，深服气超交融承载的 Oracle 业务在迁徙过程中性能仅抖动了 6s，其中业务中断工夫仅 1s，下层业务可取得近乎 0 中断的平滑迁徙体验。
以上就是本次直播的次要内容。对云计算感兴趣的 IT 敌人能够关注“深服气科技”公众号回顾本期直播，理解更多云计算常识。
