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智汇华云：高可靠热备(FT)虚拟机

随着虚拟化技术应用的普及 ， 虚拟机的高可靠性成为关注的重点 。 虚拟机热备技术 ， 也称为虚拟机FT ， 借助于虚拟机本身可以跨平台移植 ， 实现了高效率、低成本的虚拟机容错机制 ， 成为保障虚拟机高可靠性的重要手段之一 。
FT与HA相比 ， HA是通过虚拟机出问题后 ， 重启虚拟机来提供高可用性 。 FT是提供比HA更高级别的连续高可用性 。 FT主机单节点故障后 ， 备机可无缝对外提供服务 ， 业务不中断 ， 虚拟机不用重启 。 但是相应的 ， 正常工作期间需要花不小的代价维持同步 ， 一般适用于效率要求不是特别高 ， 但是业务一定不能中断的场景 。
基于此 ， 本期“智汇华云”邀请到华云数据计算网络部总监仇大玉、华云数据高级工程师曲维杰为大家带来“高可靠热备(FT)虚拟机”内容分享 ， 带大家一起解读FT 。
FT的基本原理：主机和备机在准备工作完成后 ， 通过迁移保持内存同步 ， 通过NBDreplication保证磁盘内容同步 ， 两台机器都是运行状态 ， 其中主机的状态会同步到备机 ， 备机在failover独立工作前 ， 一切操作最终都被丢弃 。 示意图如下：
智汇华云：高可靠热备(FT)虚拟机
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内存同步方面 ， 通过迁移通道完成 。 迁移增加新的状态:colo ， 此状态下迁移完成后VCPU开始工作但是通道不断开 ， 继续接受主机同步过来的内存 。 主机端将收到的网络数据包复制一份 ， 同步发送给备机 ， 备机通过TAP发送给宿主机的网络数据包 ， 通过重定向器发给了主机端的比较器 ， 主机端比较器会比较主机和备机发来的两个网络包 ， 如果一致 ， 备机的包被丢弃 ， 主机的包发送给TAP；如果不一致 ， 备机包被丢弃 ， 主机包发给TAP ， 同时触发checkpoint同步内存 。 checkpoint两种触发方式：定时器超时 ， 和网络出包不一致 。 多块网卡需要有多个网络代理 ， 比较器和重定向器都不能共用 。 备机虽然有网卡有MAC有IP ， 但是因为和TAP的连接被重定向器接管 ， 所以无法发出网络包 ， 也收不到网络上发来的包 ， 收到的网络包是主机复制过来的 。 网络部分设计如下图：
智汇华云：高可靠热备(FT)虚拟机
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磁盘方面 ， quorum保证主机读数据时 ， 只从自己的存储上读数据 ， 主机写入的数据 ， 多发一份通过nbdclient发给备机的server ， 写入备机自己的磁盘 。 备机发出的磁盘写命令 ， 写进自己的diskcache ， 数据同步时此部分内容被丢弃 。 多块盘只需要备机添加多个设备进nbdserver ， 主机端分别为每块盘建立nbdclient 。 初始化时通过driver-mirror将主机磁盘内容同步到备机 ， 同步完成后磁盘状态一致 ， 然后上述机制生效保证后续操作同步 。 磁盘部分设计如下：
智汇华云：高可靠热备(FT)虚拟机
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【智汇华云：高可靠热备(FT)虚拟机】华云数据已经在社区基础上完成了qemu侧完善（修复众多原生bug ， 更优于目前纯社区方案）以及libvirt侧功能开发支持 。 目前正在虚机管理平台层实现产品化 ， 相信不久即将为大家带来华云版高可靠热备虚机(FT)功能虚机 ， 为客户提供高可靠 ， 不停机的持续服务能力 ， 助力客户在新基建领域 ， 共创未来 。


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