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虚拟化技术

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虚拟机迁移原理

发布时间:2019-03-08 16:23:01 点击量:90

虚拟机到虚拟机的迁移(Virtual-to-Virtual)
V2V 迁移是在虚拟机之间移动操作系统和数据,照顾主机级别的差异和处理不同的虚拟硬件。虚拟机从一个物理机上的 VMM 迁移到另一个物理机的 VMM,这两个 VMM 的类型可以相同,也可以不同。如 VMware 迁移到 KVM, KVM 迁移到 KVM。可以通过多种方式将虚拟机从一个 VM Host 系统移动到另一个 VM Host 系统。
V2V 在线迁移
在线迁移(online migration):又称为实时迁移 (live migration)。是指在保证虚拟机上服务正常运行的同时,虚拟机在不同的物理主机之间进行迁移,其逻辑步骤与离线迁移几乎完全一致。不同的是,为了保证迁移过程中虚拟机服务的可用,迁移过程仅有非常短暂的停机时间。迁移的前面阶段,服务在源主机运行,当迁移进行到一定阶段,目的主机已经具备了运行系统的必须资源,经过一个非常短暂的切换,源主机将控制权转移到目的主机,服务在目的主机上继续运行。对于服务本身而言,由于切换的时间非常短暂,用户感觉不到服务的中断,因而迁移过程对用户是透明的。在线迁移适用于对服务可用性要求很高的场景。
目前主流的在线迁移工具,如 VMware 的 VMotion,XEN 的 xenMotion,都要求物理机之间采用 SAN(storage area network), NAS(network-attached storage)之类的集中式共享外存设备,因而在迁移时只需要考虑操作系统内存执行状态的迁移,从而获得较好的迁移性能。
另外,在某些没有使用共享存储的场合,可以使用存储块在线迁移技术来实现 V2V 的虚拟机在线迁移。相比较基于共享存储的在线迁移,数据块在线迁移的需要同时迁移虚拟机磁盘镜像和系统内存状态,迁移性能上打了折扣。但是他使得在采用分散式本地存储的环境下,仍然能够利用迁移技术转移计算机环境,并且保证迁移过程中操作系统服务的可用性,扩展了虚拟机在线迁移的应用范围。V2V 在线迁移技术消除了软硬件相关性,是进行软硬件系统升级,维护等管理操作的有力工具。
V2V 内存迁移技术
对于 VM 的内存状态的迁移,XEN 和 KVM 都采用了主流的的预拷贝(pre-copy)的策略。迁移开始之后,源主机 VM 仍在运行,目的主机 VM 尚未启动。迁移通过一个循环,将源主机 VM 的内存数据发送至目的主机 VM。循环第一轮发送所有内存页数据,接下来的每一轮循环发送上一轮预拷贝过程中被 VM 写过的脏页内存 dirty pages。直到时机成熟,预拷贝循环结束,进入停机拷贝阶段,源主机被挂起,不再有内存更新。最后一轮循环中的脏页被传输至目的主机 VM。预拷贝机制极大的减少了停机拷贝阶段需要传输的内存数据量,从而将停机时间大大缩小。
然而,对于更新速度非常快的内存部分,每次循环过程都会变脏,需要重复 pre-copy,同时也导致循环次数非常多,迁移的时间变长。针对这种情况,KVM 虚拟机建立了三个原则:集中原则,一个循环内的 dirty pages 小于等于 50;不扩散原则, 一个循环内传输的 dirty pages 少于新产生的;有限循环原则,循环次数必须少于 30。在实现上,就是采取了以下措施:
有限循环:循环次数和效果受到控制,对每轮 pre-copy 的效果进行计算,若 pre-copy 对于减少不一致内存数量的效果不显著,或者循环次数超过了上限,循环将中止,进入停机拷贝阶段。
在被迁移 VM 的内核设置一个内存访问的监控模块。在内存 pre-copy 过程中,VM 的一个进程在一个被调度运行的期间,被限制最多执行 40 次内存写操作。这个措施直接限制了 pre-copy 过程中内存变脏的速度,其代价是对 VM 上的进程运行进行了一定的限制。
KVM 的预拷贝在线迁移过程详解:
系统验证目标服务器的存储器和网络设置是否正确,并预保留目标服务器虚拟机的资源。

当虚拟机还在源服务器上运转时,第一个循环内将全部内存镜像复制到目标服务器上。在这个过程中,KVM 依然会监视内存的任何变化。

以后的循环中,检查上一个循环中内存是否发生了变化。 假如发生了变化,那么 VMM 会将发生变化的内存页即 dirty pages 重新复制到目标服务器中,并覆盖掉先前的内存页。在这个阶段,VMM 依然会继续监视内存的变化情况。

VMM 会持续这样的内存复制循环。随着循环次数的增加,所需要复制的 dirty pages 就会明显减少,而复制所耗费的时间就会逐渐变短,那么内存就有可能没有足够的时间发生变化。最后,当源服务器与目标服务器之间的差异达到一定标准时,内存复制操作才会结束,同时暂停源系统。

在源系统和目标系统都停机的情况下,将最后一个循环的 dirty-pages 和源系统设备的工作状态复制到目标服务器。

然后,将存储从源系统上解锁,并锁定在目标系统上。启动目标服务器,并与存储资源和网络资源相连接。




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