(完整版)虛擬機遷移原理詳解

虛擬機到虛擬機的遷移（ Virtual-to-Virtual ）V2V遷移是在虛擬機之間移動操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，照顧主機級別的差異和處理不同的虛擬硬件。虛擬機從一個物理機上的 VMM 遷移到另一個物理機的VMM，這兩個 VMM 的類型可以相同，也可以不同。如VMware遷移到 KVM，KVM

遷移到

KVM

。可以通過多種方式將虛擬機從一個

VMHost系統(tǒng)移動到另一個

VMHost

系統(tǒng)。V2V離線遷移離線遷移（offlinemigration）：也叫做常規(guī)遷移、靜態(tài)遷移。在遷移之前將虛擬機暫停，如果共享存儲，則只拷貝系統(tǒng)狀態(tài)至目的主機，最后在目的主機重建虛擬機狀態(tài)，恢復(fù)執(zhí)行。如果使用本地存儲，則需要同時拷貝虛擬機鏡像和狀態(tài)到目的主機。到這種方式的遷移過程需要顯示的停止虛擬機的運行。從用戶角度看，有明確的一段服務(wù)不可用的時間。這種遷移方式簡單易行，適用于對服務(wù)可用性要求不嚴格的場合。V2V在線遷移在線遷移（onlinemigration)：又稱為實時遷移(livemigration)。是指在保證虛擬機上服務(wù)正常運行的同時，虛擬機在不同的物理主機之間進行遷移，其邏輯步驟與離線遷移幾乎完全一致。不同的是，為了保證遷移過程中虛擬機服務(wù)的可用，遷移過程僅有非常短暫的停機時間。遷移的前面階段，服務(wù)在源主機運行，當遷移進行到一定階段，目的主機已經(jīng)具備了運行系統(tǒng)的必須資源，經(jīng)過一個非常短暫的切換，源主機將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到目的主機，服務(wù)在目的主機上繼續(xù)運行。對于服務(wù)本身而言，由于切換的時間非常短暫，用戶感覺不到服務(wù)的中斷，因而遷移過程對用戶是透明的。在線遷移適用于對服務(wù)可用性要求很高的場景。目前主流的在線遷移工具，都要求物理機之間采用 SAN（storageareanetwork），NAS（network-attachedstorage）之類的集中式共享外存設(shè)備，因而在遷移時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，在某些沒有使用共享存儲的場合， 可以使用存儲塊在線遷移技術(shù)來實現(xiàn)V2V的虛擬機在線遷移。相比較基于共享存儲的在線遷移，數(shù)據(jù)塊在線遷移的需要同時遷移虛擬機磁盤鏡像和系統(tǒng)內(nèi)存狀態(tài)，遷移性能上打了折扣。但是他使得在采用分散式本地存儲的環(huán)境下，仍然能夠利用遷移技術(shù)轉(zhuǎn)移計算機環(huán)境，并且保證遷移過程中操作系統(tǒng)服務(wù)的可用性，擴展了虛擬機在線遷移的應(yīng)用范圍。V2V在線遷移技術(shù)消除了軟硬件相關(guān)性，是進行軟硬件系統(tǒng)升級，維護等管理操作的有力工具。V2V內(nèi)存遷移技術(shù)對于 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。遷移開始之后，源主機VM仍在運行，目的主機VM尚未啟動。遷移通過一個循環(huán)，將源主機VM的內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)送至目的主機VM。循環(huán)第一輪發(fā)送所有內(nèi)存頁數(shù)據(jù)，接下來的每一輪循環(huán)發(fā)送上一輪預(yù)拷貝過程中被VM寫過的臟頁內(nèi)存dirtypages。直到時機成熟，預(yù)拷貝循環(huán)結(jié)束，進入停機拷貝階段，源主機被掛起，不再有內(nèi)存更新。最后一輪循環(huán)中的臟頁被傳輸至目的主機VM。預(yù)拷貝機制極大的減少了停機拷貝階段需要傳輸?shù)膬?nèi)存數(shù)據(jù)量，從而將停機時間大大縮小。然而，對于更新速度非常快的內(nèi)存部分，每次循環(huán)過程都會變臟，需要重復(fù)pre-copy，同時也導(dǎo)致循環(huán)次數(shù)非常多，遷移的時間變長。針對這種情況，KVM虛擬機建立了三個原則：集中原則，一個循環(huán)內(nèi)的dirtypages小于等于50；不擴散原則，一個循環(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，對每輪 pre-copy的效果進行計算，若pre-copy對于減少不一致內(nèi)存數(shù)量的效果不顯著，或者循環(huán)次數(shù)超過了上限，循環(huán)將中止，進入停機拷貝階段。在被遷移VM的內(nèi)核設(shè)置一個內(nèi)存訪問的監(jiān)控模塊。在內(nèi)存pre-copy過程中，VM的一個進程在一個被調(diào)度運行的期間，被限制最多執(zhí)行40次內(nèi)存寫操作。這個措施直接限制了pre-copy過程中內(nèi)存變臟的速度，其代價是對 VM 上的進程運行進行了一定的限制。KVM的預(yù)拷貝在線遷移過程詳解開始系統(tǒng)驗證目標服務(wù)器的存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在目標服務(wù)器保留所遷移虛擬機的資源將虛擬機的全部內(nèi)存鏡像復(fù)制到目標服務(wù)器檢查上一個循環(huán)中內(nèi)存是否發(fā)生了變化復(fù)制所耗費的時間變短到內(nèi)存在期間發(fā)生變化量達到一定標準將剩余的內(nèi)存變化和源系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)復(fù)制到目標服務(wù)器內(nèi)存復(fù)制操作結(jié)束，暫停源系統(tǒng)將存儲從源系統(tǒng)上解鎖，并鎖定在目標系統(tǒng)上，啟動目標服務(wù)器，并與存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源相連接結(jié)束

將發(fā)生變化的內(nèi)存頁重新復(fù)制到目標服務(wù)器中覆蓋掉先前的內(nèi)存頁圖KVM的預(yù)拷貝在線遷移過程流程圖系統(tǒng)驗證目標服務(wù)器的存儲器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是否正確，并預(yù)保留目標服務(wù)器虛擬機的資源。當虛擬機還在源服務(wù)器上運轉(zhuǎn)時，第一個循環(huán)內(nèi)將全部內(nèi)存鏡像復(fù)制到目標服務(wù)器上。在這個過程中，KVM依然會監(jiān)視內(nèi)存的任何變化。3.以后的循環(huán)中，檢查上一個循環(huán)中內(nèi)存是否發(fā)生了變化。假如發(fā)生了變化，那么VMM會將發(fā)生變化的內(nèi)存頁即dirtypages重新復(fù)制到目標服務(wù)器中，并覆蓋掉先前的內(nèi)存頁。在這個階段，VMM依然會繼續(xù)監(jiān)視內(nèi)存的變化情況。VMM會持續(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就會明顯減少，而復(fù)制所耗費的時間就會逐漸變短，那么內(nèi)存就有可能沒有足夠的時間發(fā)生變化。最后，當源服務(wù)器與目標服務(wù)器之間的差異達到一定標準時，內(nèi)存復(fù)制操作才會結(jié)束，同時暫停源虛擬機。在源虛擬機和目標虛擬機都停機的情況下，將最后一個循環(huán)的dirtys和源虛擬機設(shè)備的工作狀態(tài)復(fù)制到目標服務(wù)器。然后，將存儲從源虛擬機上解鎖，并鎖定在目標虛擬機上。啟動目標服務(wù)器，并與存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源相連接。源服務(wù)器

目標服務(wù)器

源服務(wù)器

目標服務(wù)器源虛擬機內(nèi)存

目標虛擬機內(nèi)存

源虛擬機內(nèi)存

目標虛擬機內(nèi)存共享存儲、網(wǎng)絡(luò) 共享存儲、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)驗證目標服務(wù)器，預(yù)保留虛擬機的資源 內(nèi)存鏡像復(fù)制，復(fù)制過程中源機器內(nèi)存發(fā)生變化源服務(wù)器

目標服務(wù)器

源服務(wù)器

目標服務(wù)器源虛擬機內(nèi)存

目標虛擬機內(nèi)存

源虛擬機內(nèi)存

目標虛擬機內(nèi)存共享存儲、網(wǎng)絡(luò)

共享存儲、網(wǎng)絡(luò)所需復(fù)制的數(shù)據(jù)在減少，復(fù)制時間變短

進行有變化的內(nèi)存復(fù)制源服務(wù)器

目標服務(wù)器

源服務(wù)器

目標服務(wù)器源