一文帶你領略虛擬化領域頂級技術會議KVMForum2018-創(chuàng)新互聯(lián)

摘要：            阿里云在KVM Forum 2018

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KVM Forum是由Linux基金會組織的高端技術論壇會議，主要為社區(qū)各個維護者，開發(fā)人員，和用戶提供一個討論Linux虛擬化技術發(fā)展趨勢以及挑戰(zhàn)的交流場所。參會人員都集中在KVM虛擬化相關領域，是KVM社區(qū)最為重要和權威的大會。

概述

2018年度的KVM Forum于10月24-26日在英國愛丁堡召開。本次會議吸引了眾多技術專家參與會議。同時，參會公司聚集了各家云廠商以及Red Hat、Intel、IBM、AMD等系統(tǒng)和硬件廠商。

先來看看KVM Forum的超高人氣。

第一天的keynote被圍得水泄不通。

滿滿當當的就餐區(qū)

本屆大會總共有51個主題演講，覆蓋虛擬化各個領域，比如：熱遷移、嵌套虛擬化、ARM虛擬化、設備直通、輕量虛擬化、安全及性能優(yōu)化等方面。

熱門議題

從議題數量和現場效果來看，以下三個領域比較受到關注：

1. 嵌套虛擬化

2. 虛擬化性能優(yōu)化

3. 熱遷移

嵌套虛擬化
簡單來說，嵌套虛擬化就是解決如何在虛擬機里嵌套運行虛擬機的問題。作為近期新起的熱門話題，嵌套虛擬化相關演講在本次KVM Forum上多達4個。

會議介紹了半虛擬化（para-virtualization）VMCS，半虛擬化MSR-bitmap和時鐘優(yōu)化方面的技術，可以提升嵌套時vCPU之間的切換性能，幫助KVM更好地運行在虛擬機里。

另外，會議還涉及了嵌套虛擬化的中斷虛擬化性能優(yōu)化，以及嵌套虛擬化對PowerPC處理器的支持。

可以看到，嵌套虛擬化技術在商用中初步取得了一定的成果，但在安全性上帶來的挑戰(zhàn)仍然是大家提問的熱點。

虛擬化性能優(yōu)化
事實上，虛擬化的性能優(yōu)化在近幾年的KVM Forum中都比較受關注。在去年的大會上，阿里云高級技術專家張揚就對消息傳遞類業(yè)務在KVM上的性能比較差的問題，虛擬時鐘開銷的問題，以及消息中間件在KVM看到的性能下降等問題提出過有效的解決方案。

此次，相關的演講涵蓋了vCPU優(yōu)化，內存優(yōu)化，和I/O優(yōu)化。vCPU優(yōu)化包含了半虛擬化（para-virtualization）方面的優(yōu)化，如PV TLB shootdown，PV IPI性能優(yōu)化；內存優(yōu)化涉及了virtio-mem引入半虛擬化接口，支持內存熱插拔等等；I/O優(yōu)化介紹了vHost Virtio-net 網絡接收隊列的零頁拷貝（zero copy）。

熱遷移
彈性調度和動態(tài)伸縮是云技術的核心特性。然而，它們都非常依賴底層熱遷移的技術性能完善。同時，通過熱遷移還可以很大程度降低物理故障對客戶的影響。在本屆大會上，熱遷移相關的演講全部人氣高漲。

在過去的一年，阿里云虛擬化團隊對熱遷移領域大量投入，獲得了大量寶貴的經驗。本次參會的3個議題也全都關于熱遷移。在此，我們?yōu)榇蠹艺归_詳細介紹。

阿里云在KVM Forum 2018

今年的KVM Forum，熱遷移的相關主題演講一共有五個，阿里云占了其中之三。

《Cloudatlas: Ways to Make Live Migration Easy and Expectable》
演講者：阿里云高級技術專家 張超；阿里云技術專家 謝峰

阿里云高級技術專家 張超

阿里云技術專家 謝峰

如何平衡熱遷移資源占用與性能開銷，同時最小化熱遷移對客戶的業(yè)務影響，是所有公有云廠商都面臨的挑戰(zhàn)。阿里云創(chuàng)新性地利用機器學習的方法來預測熱遷移的代價以及虛擬機的負載，從而確定一個合理的熱遷移的時機和策略，最終提升遷移成功率以及降低熱遷移對用戶的影響。

阿里云虛擬化團隊設計了一個完備的系統(tǒng)來執(zhí)行熱遷移任務的執(zhí)行。在演講中，提到了機器學習算法部分，阿里云使用FFT來判斷是否是周期性負載VM，并對周期性負載VM算出周期然后進行預測，對于沒有明顯周期性負載的VM，團隊采用ARIMA和LSTM兩個時間序列模型來做回歸預測，通過以上三種算法的結合可以快速并準確地預測出95%以上VM在未來24小時的負載趨勢，從而找到一個最優(yōu)的遷移時間。

本次演講涉及了大量的算法研究，現場聽眾對使用案例、方案原理、預測效果等非常細節(jié)的實現問題進行了進一步的提問。有一位行業(yè)專家現場說：這是真正在解決公有云廠商關心的問題。

《A Perfect Solution for Live Migration with Pass-through Devices》
演講者：阿里云技術專家 徐權

該演講直擊了現有直通設備熱遷移的問題：即如何傳輸設備DMA的內存和如何保存和恢復設備的狀態(tài)。

阿里云技術專家 徐權

演講深入分析了現有的一些方法和存在的問題。比如Intel在82599網卡上，在虛擬機內部設備驅動引入self emulation layer，模擬設備DMA寫操作，和恢復保存設備狀態(tài)。但由于特定的設備驅動才能工作，而且設備本身設計的缺陷（寄存器只讀，在恢復中無法100%恢復），并不能很好地解決問題。而如果從新的硬件和設備驅動的角度切入，在成本投入上是巨大的，而且增加了軟件的維護成本。

阿里云擴展了virtio硬件的功能，如感知虛擬機熱遷移，提供設備bitmap記錄設備DMA訪問內存，以及設備所有的寄存器能夠動態(tài)地保存和恢復，同時修改現有的熱遷移和VFIO軟件框架。這樣能大限度地利用現有設備驅動，很好地支持Windows和Linux虛擬機，并不需要單獨維護各個版本的設備驅動，大大降低了成本。

演講結束后，現場有十幾位專家的技術提問。會后徐權還和Linux 社區(qū)VFIO maintainer Alex Wiliamson多次討論如何改進現有的VFIO來支持直通設備熱遷移的通用框架。

《Live Migration Support for GPU with SRIOV: Challenges and Solution》
阿里云與AMD聯(lián)合演講，阿里云演講者：阿里云高級技術專家 鄭曉

GPU的熱遷移支持是業(yè)界的難點。首先，GPU硬件的調度與上下文切換是以millisecond 為單位的，是CPU的好幾個數量級，由此會引發(fā)GPU任務的搶占問題。再者，GPU在云計算領域的拓展是最近幾年出現的熱點，而GPU硬件本身對于虛擬化熱遷移的支持尚未完善，比如GPU對local memory的dirty track，對non local memory的dirty track的硬件支持等。這些都為GPU的熱遷移帶來很多挑戰(zhàn)。

阿里云高級技術專家 鄭曉

演講中提到了GPU 任務在遷移途中的時效性，搶占問題，比如GPU硬件本身在尚未支持framebuffer dirty track的時候，如何通過hypervisor的措施，通過系統(tǒng)軟件的方法來彌補，以及GPU本身上下文的切換需要處理的細節(jié)等等。

所有上面提到的問題在阿里云與AMD聯(lián)合開發(fā)的第一天就開始考慮與設計。其中有眾多獨有的創(chuàng)新點。例如，在某些型號GPU硬件不支持dirty track的時候，通過軟件的方式來跟蹤GPU的Framebuffer dirty page；在Service downtime等關鍵性能指標不符合預期的時候，如何把數據從6秒優(yōu)化到了0.35秒左右；功能方面，從單機遷移完善到多機多卡遷移；在穩(wěn)定性方面，從一開始的做一次就宕機，到后續(xù)連續(xù)上千次的壓力測試……

此外，演講還加入了現場的Live Demo，從使用體驗上面來說，已經可以做到GPU渲染任務的流暢遷移。

該演講得到了高度關注。會后，部分頂級硬件廠商還與演講者詳細討論了更多的熱遷移細節(jié)和性能指標。

小結

參加完本次KVM Forum，我們深刻感覺到，如何解決實際生產環(huán)境中遇見的現實問題，正受到業(yè)界越來越多的重視。

通過參會，促進了我們和虛擬化業(yè)界的交流，也讓團隊獲取了大量信息和寶貴經驗，這些都可以幫助我們更好地提升，并且不斷打磨提升彈性計算產品的底層能力。

作者： 雁鷹

新聞標題：一文帶你領略虛擬化領域頂級技術會議KVMForum2018-創(chuàng)新互聯(lián)
當前路徑：http://muchs.cn/article22/deoccc.html

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