(完整版)虛擬機(jī)遷移原理詳解

1、虛擬機(jī)到虛擬機(jī)的遷移(Virtual-to-Virtual)V2V遷移是在虛擬機(jī)之間移動(dòng)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，照顧主機(jī)級(jí)別的差異和處理不同的虛擬硬件。虛擬機(jī)從一個(gè)物理機(jī)上的VMM遷移到另一個(gè)物理機(jī)的VMM,這兩個(gè)VMM的類(lèi)型可以相同，也可以不同。如VMware遷移到KVM,KVM遷移到KVM。可以通過(guò)多種方式將虛擬機(jī)從一個(gè)VMHost系統(tǒng)移動(dòng)到另一個(gè)VMHost系統(tǒng)。V2V離線(xiàn)遷移離線(xiàn)遷移(offlinemigration)：也叫做常規(guī)遷移、靜態(tài)遷移。在遷移之前將虛擬機(jī)暫停，如果共享存儲(chǔ)，則只拷貝系統(tǒng)狀態(tài)至目的主機(jī)，最后在目的主機(jī)重建虛擬機(jī)狀態(tài)，恢復(fù)執(zhí)行。如果使用本地存儲(chǔ)，則需要同時(shí)拷貝虛擬機(jī)鏡像和

2、狀態(tài)到目的主機(jī)。到這種方式的遷移過(guò)程需要顯示的停止虛擬機(jī)的運(yùn)行。從用戶(hù)角度看，有明確的一段服務(wù)不可用的時(shí)間。這種遷移方式簡(jiǎn)單易行，適用于對(duì)服務(wù)可用性要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。V2V在線(xiàn)遷移在線(xiàn)遷移(onlinemigration):又稱(chēng)為實(shí)時(shí)遷移(livemigration)o是指在保證虛擬機(jī)上服務(wù)正常運(yùn)行的同時(shí)，虛擬機(jī)在不同的物理主機(jī)之間進(jìn)行遷移，其邏輯步驟與離線(xiàn)遷移幾乎完全一致。不同的是，為了保證遷移過(guò)程中虛擬機(jī)服務(wù)的可用，遷移過(guò)程僅有非常短暫的停機(jī)時(shí)間。遷移的前面階段，服務(wù)在源主機(jī)運(yùn)行，當(dāng)遷移進(jìn)行到一定階段，目的主機(jī)已經(jīng)具備了運(yùn)行系統(tǒng)的必須資源，經(jīng)過(guò)一個(gè)非常短暫的切換，源主機(jī)將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到目的主

3、機(jī)，服務(wù)在目的主機(jī)上繼續(xù)運(yùn)行。對(duì)于服務(wù)本身而言，由于切換的時(shí)間非常短暫，用戶(hù)感覺(jué)不到服務(wù)的中斷，因而遷移過(guò)程對(duì)用戶(hù)是透明的。在線(xiàn)遷移適用于對(duì)服務(wù)可用性要求很高的場(chǎng)景。目前主流的在線(xiàn)遷移工具，都要求物理機(jī)之間采用SAN(storageareanetwork)，NAS(network-attachedstorage)之類(lèi)的集中式共享外存設(shè)備，因而在遷移時(shí)只需要考慮操作系統(tǒng)內(nèi)存執(zhí)行狀態(tài)的遷移，從而獲得較好的遷移性能。另外，在某些沒(méi)有使用共享存儲(chǔ)的場(chǎng)合，可以使用存儲(chǔ)塊在線(xiàn)遷移技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)V2V的虛擬機(jī)在線(xiàn)遷移。相比較基于共享存儲(chǔ)的在線(xiàn)遷移，數(shù)據(jù)塊在線(xiàn)遷移的需要同時(shí)遷移虛擬機(jī)磁盤(pán)鏡像和系統(tǒng)內(nèi)存狀態(tài)，遷移性

4、能上打了折扣。但是他使得在采用分散式本地存儲(chǔ)的環(huán)境下，仍然能夠利用遷移技術(shù)轉(zhuǎn)移計(jì)算機(jī)環(huán)境，并且保證遷移過(guò)程中操作系統(tǒng)服務(wù)的可用性，擴(kuò)展了虛擬機(jī)在線(xiàn)遷移的應(yīng)用范圍。V2V在線(xiàn)遷移技術(shù)消除了軟硬件相關(guān)性，是進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)升級(jí)，維護(hù)等管理操作的有力工具。V2V內(nèi)存遷移技術(shù)對(duì)于VM的內(nèi)存狀態(tài)的遷移，XEN和KVM都采用了主流的的預(yù)拷貝（pre-copy）的策略。遷移開(kāi)始之后，源主機(jī)VM仍在運(yùn)行，目的主機(jī)VM尚未啟動(dòng)。遷移通過(guò)一個(gè)循環(huán)，將源主機(jī)VM的內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)送至目的主機(jī)VM。循環(huán)第一輪發(fā)送所有內(nèi)存頁(yè)數(shù)據(jù)，接下來(lái)的每一輪循環(huán)發(fā)送上一輪預(yù)拷貝過(guò)程中被VM寫(xiě)過(guò)的臟頁(yè)內(nèi)存dirtypages。直到時(shí)機(jī)成熟，預(yù)

5、拷貝循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入停機(jī)拷貝階段，源主機(jī)被掛起，不再有內(nèi)存更新。最后一輪循環(huán)中的臟頁(yè)被傳輸至目的主機(jī)VM。預(yù)拷貝機(jī)制極大的減少了停機(jī)拷貝階段需要傳輸?shù)膬?nèi)存數(shù)據(jù)量，從而將停機(jī)時(shí)間大大縮小。然而，對(duì)于更新速度非常快的內(nèi)存部分，每次循環(huán)過(guò)程都會(huì)變臟，需要重復(fù)pre-copy，同時(shí)也導(dǎo)致循環(huán)次數(shù)非常多，遷移的時(shí)間變長(zhǎng)。針對(duì)這種情況，KVM虛擬機(jī)建立了三個(gè)原則：集中原則，一個(gè)循環(huán)內(nèi)的dirtypages小于等于50；不擴(kuò)散原則，一個(gè)循環(huán)內(nèi)傳輸?shù)膁irtypages少于新產(chǎn)生的；有限循環(huán)原則，循環(huán)次數(shù)必須少于30。在實(shí)現(xiàn)上，就是采取了以下措施：有限循環(huán):循環(huán)次數(shù)和效果受到控制,對(duì)每輪pre-copy的效果進(jìn)

6、行計(jì)算，若pre-copy對(duì)于減少不一致內(nèi)存數(shù)量的效果不顯著，或者循環(huán)次數(shù)超過(guò)了上限，循環(huán)將中止，進(jìn)入停機(jī)拷貝階段。在被遷移VM的內(nèi)核設(shè)置一個(gè)內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)的監(jiān)控模塊。在內(nèi)存pre-copy過(guò)程中，VM的一個(gè)進(jìn)程在一個(gè)被調(diào)度運(yùn)行的期間，被限制最多執(zhí)行40次內(nèi)存寫(xiě)操作。這個(gè)措施直接限制了pre-copy過(guò)程中內(nèi)存變臟的速度，其代價(jià)是對(duì)VM上的進(jìn)程運(yùn)行進(jìn)行了一定的限制。KVM的預(yù)拷貝在線(xiàn)遷移過(guò)程詳解開(kāi)始系統(tǒng)驗(yàn)證目標(biāo)服務(wù)器的存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置圖KVM的預(yù)拷貝在線(xiàn)遷移過(guò)程流程圖系統(tǒng)驗(yàn)證目標(biāo)服務(wù)器的存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是否正確，并預(yù)保留目標(biāo)服務(wù)器虛擬機(jī)的資源。當(dāng)虛擬機(jī)還在源服務(wù)器上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，第一個(gè)循環(huán)內(nèi)將全部?jī)?nèi)存鏡像

7、復(fù)制到目標(biāo)服務(wù)器上。在這個(gè)過(guò)程中，KVM依然會(huì)監(jiān)視內(nèi)存的任何變化。以后的循環(huán)中，檢查上一個(gè)循環(huán)中內(nèi)存是否發(fā)生了變化。假如發(fā)生了變化，那么VMM會(huì)將發(fā)生變化的內(nèi)存頁(yè)即dirtypages重新復(fù)制到目標(biāo)服務(wù)器中，并覆蓋掉先前的內(nèi)存頁(yè)。在這個(gè)階段，VMM依然會(huì)繼續(xù)監(jiān)視內(nèi)存的變化情況。VMM會(huì)持續(xù)這樣的內(nèi)存復(fù)制循環(huán)。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，所需要復(fù)制的dirtypages就會(huì)明顯減少，而復(fù)制所耗費(fèi)的時(shí)間就會(huì)逐漸變短，那么內(nèi)存就有可能沒(méi)有足夠的時(shí)間發(fā)生變化。最后，當(dāng)源服務(wù)器與目標(biāo)服務(wù)器之間的差異達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，內(nèi)存復(fù)制操作才會(huì)結(jié)束，同時(shí)暫停源虛擬機(jī)。在源虛擬機(jī)和目標(biāo)虛擬機(jī)都停機(jī)的情況下，將最后一個(gè)循環(huán)的dirtys和源虛擬機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)復(fù)制到目標(biāo)服務(wù)器。然后，將存儲(chǔ)從源虛擬機(jī)上解鎖，并鎖定在目標(biāo)虛擬機(jī)上。啟動(dòng)目標(biāo)服務(wù)器，并與存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源相連接。共享存儲(chǔ)、網(wǎng)