本發明涉及虛擬化可靠性，特別涉及一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法。

背景技術：

1、車載操作系統采用虛擬化技術為車載應用提供運行環境，不僅提高了系統的穩定性和可靠性，同時也增強了系統的靈活性和可維護性，為現代汽車的智能化發展提供了重要支持。通過虛擬化技術，車載操作系統能夠將不同的應用模塊和軟件運行于不同的虛擬機中，實現了模塊之間的高度隔離和獨立性。這使得車載系統可以同時運行諸如娛樂系統、導航系統、車輛管理系統等多個應用，而不用擔心它們之間的干擾和沖突。例如，導航系統和娛樂系統可以在各自的虛擬機中獨立運行，互不影響，提高了系統的穩定性和可靠性。此外，虛擬化技術還使得車載操作系統能夠更加靈活地應對不同應用的需求。通過在不同的虛擬機中分配資源，系統可以更好地管理處理器、內存和存儲等硬件資源，使得各個應用能夠獲得適當的資源支持，避免了資源爭奪和沖突，有助于提高系統的實時性和性能表現。這種資源的獨立分配也為未來增加新功能模塊或更新現有模塊提供了便利，因為新的虛擬機可以被動態地創建和配置，而不影響到其他模塊的正常運行。在這種架構中，一旦虛擬機或操作系統出現問題，將會導致車載應用服務中斷。輕者給用戶帶來不便的體驗，比如導航系統的中斷可能導致駕駛者迷路；娛樂系統的中斷可能會影響駕駛者和乘客的體驗。對于一些特殊的功能，比如自動泊車、自動駕駛，一旦出現問題，可能導致可能導致車輛失去對駕駛環境的有效感知和控制，這可能會導致車輛損壞或損壞周圍的財產，給車主帶來經濟損失，甚至可能會對乘車人員和其他道路用戶的生命安全造成嚴重威脅，導致人員傷亡和法律責任問題。故而，車載操作系統有必要采取額外的安全措施，引入雙重甚至多重冗余系統，實施應急切換方案，來確保即使在系統出現問題時也能夠保持基本的功能運作。然而，冗余系統需要額外的硬件、軟件和計算資源來支持備份功能，這需要消耗大量的系統資源，這會對整個系統的性能和資源利用率產生負面影響。

2、為解決上述問題。為此，提出一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，解決了背景技術中的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，包括以下步驟：

3、s1：啟動主虛擬機，主虛擬機開始工作持續與主虛擬機所屬硬件設備進行交互操作，并向硬件設備發送數據流；

4、s2：通過硬件設備工作狀態監視器時刻監控由主虛擬機向外部硬件設備發送數據流情況；

5、s3：持續向硬件設備發送數據流的應用，若發現處于停滯狀態，則認為系統出現工作狀態異常，對于間歇性向硬件設備產生數據流的應用，設置時間閾值，超出閾值則認為系統出現工作狀態異常；

6、s4：認定工作狀態異常后，啟動微內核備份虛擬機并獲取外部硬件設備控制權，完成操作系統初始化與硬件初始化，且啟動服務程序并完成初始化，頂替主虛擬機，繼續提供服務；

7、s5：主虛擬機工作狀態異常后，會進行重新啟動，若還存在異常狀態，會向用戶發出維修信號，若恢復正常，會由微內核備份虛擬機切回主虛擬機。

8、進一步地，所述s1中啟動主虛擬機時，監控客戶端運行在主虛擬機的應用層，并與工作狀態監視器建立連接，工作狀態監視器運行在hypervi?sor中，以線程的形式運行，工作狀態監視器會記錄當前客戶端所在主虛擬機，并隨時監控該主虛擬機的工作狀態。

9、進一步地，所述監視客戶端會主動詢問虛擬機的工作狀態，監控客戶端運行在虛擬機中，能夠獲取虛擬機當前的工作狀態，然后定期以心跳機制匯報給運行在hypervi?sor中的工作狀態監視器，若沒有在規定的時間內接收到監視器發送的心跳應答信息，則認為系統出現工作狀態異常。

10、進一步地，所述工作狀態監視器將主虛擬機標識為工作狀態異常時，不會立刻啟動備份服務器的切換，會通過監控客戶端向主虛擬機發出狀態問詢，若主虛擬機當前處于正常工作狀態，工作于主虛擬機中的監控客戶端會對問詢進行響應，監控客戶端接收到該響應，則認為主虛擬機狀態正常，會將其加入到白名單中，此外不會進行其他操作，若監控客戶端沒有接收到對問詢的響應，則認為主虛擬機已無法正常工作，此時會啟動微內核備份虛擬機來繼續提供服務。

11、進一步地，所述白名單建立后，將成功對問詢進行應答的主虛擬機加入白名單中，之后不會再次發出問詢。

12、進一步地，所述白名單設有定時器，在主虛擬機加入白名單時起開始計時，達到限定時間后會主動向該主虛擬機發出問詢，若接收到該次問詢的應答，則更新定時器，否則會認為主虛擬機已無法正常工作，啟動備用虛擬機，在監視到主虛擬機中有數據流產生時，會將該主虛擬機從白名單中刪除。

13、進一步地，所述s4中啟動微內核備份虛擬機時，根據預先設置的實時性要求進行分類處理，對實時性要求高的采用熱啟動，對實時性要求低的采用冷啟動。

14、進一步地，所述熱啟動是在主虛擬機啟動時，微內核備份虛擬機也隨之啟動并完成虛擬機及服務的初始化，之后進入休眠狀態，當需要啟動微內核備份虛擬機時，立刻被喚醒，替代主虛擬機繼續提供服務。

15、進一步地，所述冷啟動僅創建微內核備份虛擬機，但并不啟動微內核備份虛擬機，需要時再啟動，完成初始化，再啟動服務并替代主虛擬機繼續提供服務。

16、進一步地，所述s4中備份虛擬機啟動服務程序并完成初始化，包括以下步驟：

17、s4a：建立軟件服務于外部硬件設備之間的連接，server?os下達啟動備份虛擬機的命令，微內核hypervi?sor的輔助備份虛擬機啟動，并完成備份虛擬機與硬件設備之間的綁定；

18、s4b：采集硬件設備信息，完成服務的硬件初始化；

19、s4c：采集用戶信息，啟動服務，完成軟件初始化；

20、s4d：將信息保存于云端，服務會與云服務器建立連接，獲取云端實時用戶信息，完成服務狀態更新，此時，微內核備份虛擬機可以頂替主虛擬機繼續提供服務。

21、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

22、一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，采用多倍冗余技術，為主虛擬機提供備份虛擬機，當主虛擬機無法正常工作時，啟用備份虛擬機無縫繼續提供服務，從而提高了系統的可靠性，備份虛擬機采用微內核操作系統，利用微內核操作系統高度模塊化的特定，并根據主服務器中服務的特性和服務的功能，從而極大限度的減少資源占用，解決了冗余系統需要額外的硬件、軟件和計算資源來支持備份功能，這需要消耗大量的系統資源，這會對整個系統的性能和資源利用率產生負面影響的問題。

技術特征：

1.一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述s1中啟動主虛擬機時，監控客戶端運行在主虛擬機的應用層，并與工作狀態監視器建立連接，工作狀態監視器運行在hypervisor中，以線程的形式運行，工作狀態監視器會記錄當前客戶端所在主虛擬機，并隨時監控該主虛擬機的工作狀態。

3.如權利要求2所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述監視客戶端會主動詢問虛擬機的工作狀態，監控客戶端運行在虛擬機中，能夠獲取虛擬機當前的工作狀態，然后定期以心跳機制匯報給運行在hypervisor中的工作狀態監視器，若沒有在規定的時間內接收到監視器發送的心跳應答信息，則認為系統出現工作狀態異常。

4.如權利要求3所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述工作狀態監視器將主虛擬機標識為工作狀態異常時，不會立刻啟動備份服務器的切換，會通過監控客戶端向主虛擬機發出狀態問詢，若主虛擬機當前處于正常工作狀態，工作于主虛擬機中的監控客戶端會對問詢進行響應，監控客戶端接收到該響應，則認為主虛擬機狀態正常，會將其加入到白名單中，此外不會進行其他操作，若監控客戶端沒有接收到對問詢的響應，則認為主虛擬機已無法正常工作，此時會啟動微內核備份虛擬機來繼續提供服務。

5.如權利要求4所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述白名單建立后，將成功對問詢進行應答的主虛擬機加入白名單中，之后不會再次發出問詢。

6.如權利要求5所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述白名單設有定時器，在主虛擬機加入白名單時起開始計時，達到限定時間后會主動向該主虛擬機發出問詢，若接收到該次問詢的應答，則更新定時器，否則會認為主虛擬機已無法正常工作，啟動備用虛擬機，在監視到主虛擬機中有數據流產生時，會將該主虛擬機從白名單中刪除。

7.如權利要求1所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述s4中啟動微內核備份虛擬機時，根據預先設置的實時性要求進行分類處理，對實時性要求高的采用熱啟動，對實時性要求低的采用冷啟動。

8.如權利要求7所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述熱啟動是在主虛擬機啟動時，微內核備份虛擬機也隨之啟動并完成虛擬機及服務的初始化，之后進入休眠狀態，當需要啟動微內核備份虛擬機時，立刻被喚醒，替代主虛擬機繼續提供服務。

9.如權利要求7所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述冷啟動僅創建微內核備份虛擬機，但并不啟動微內核備份虛擬機，需要時再啟動，完成初始化，再啟動服務并替代主虛擬機繼續提供服務。

10.如權利要求1所述的一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，其特征在于：所述s4中備份虛擬機啟動服務程序并完成初始化，包括以下步驟：

技術總結
一種基于微內核的高可靠性多倍冗余虛擬化方法，屬于虛擬化可靠性技術領域，為解決冗余系統需要額外的硬件、軟件和計算資源來支持備份功能，這需要消耗大量的系統資源，這會對整個系統的性能和資源利用率產生負面影響的問題，本發明中采用多倍冗余技術，為主虛擬機提供備份虛擬機，主虛擬機無法正常工作時，備份虛擬機無縫繼續提供服務，提高了系統的可靠性，備份虛擬機采用微內核操作系統，利用微內核操作系統高度模塊化的特定，根據主服務器中服務的特性和服務的功能，極大限度的減少資源占用。

技術研發人員：單中元,張強,孟慶洋
受保護的技術使用者：寧波謙川科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24