虛擬機(jī)的遷移是指在源物理主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序移動(dòng)到目標(biāo)物理主機(jī)上或虛擬機(jī)上，并且在目標(biāo)主機(jī)上能夠正常運(yùn)行。在沒(méi)有虛擬機(jī)的時(shí)代，系統(tǒng)的遷移是指物理機(jī)之間的遷移，依靠的是系統(tǒng)備份和恢復(fù)技術(shù)，在源主機(jī)上對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的狀態(tài)實(shí)時(shí)備份，然后把備份的系統(tǒng)和應(yīng)用程序掛接到目標(biāo)主機(jī)上，最后在目標(biāo)主機(jī)上恢復(fù)系統(tǒng)與應(yīng)用程序。隨著云計(jì)算及虛擬機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的遷移更加多樣化、靈活化和簡(jiǎn)單化。
1 虛擬機(jī)在線遷移簡(jiǎn)介
虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)是指在兩個(gè)或多個(gè)物理主機(jī)之間遷移它們的虛擬機(jī)。也就是說(shuō)在服務(wù)應(yīng)用不中斷的情況下，完成虛擬機(jī)操作系統(tǒng)、內(nèi)存數(shù)據(jù)和虛擬機(jī)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移．一般情況下遷移的過(guò)程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是透明的，用戶不會(huì)感覺(jué)到應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)生中斷。遷移進(jìn)程首先能夠進(jìn)行自動(dòng)捕捉與虛擬機(jī)相關(guān)的內(nèi)存空間(其中包含虛擬機(jī)占用的處理器寄存器狀態(tài))，然后以協(xié)議包的方式(TCP／IP)把數(shù)據(jù)包從一臺(tái)服務(wù)器的虛擬機(jī)上轉(zhuǎn)移給其他服務(wù)器的虛擬機(jī)。新服務(wù)器加載處理器寄存器狀態(tài)。在不停頓的情況下無(wú)縫接管原有虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，多數(shù)虛擬機(jī)遷移發(fā)生在同種管理程序服務(wù)之下， 因此新的虛擬機(jī)保留了源虛擬機(jī)的名稱和特性。盡管物理上虛擬機(jī)位于不同的服務(wù)器上，但它們對(duì)于用戶是完全相同的。
2 在線遷移虛擬機(jī)
在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心里，通常為每一項(xiàng)服務(wù)配置一臺(tái)服務(wù)器，由于每項(xiàng)服務(wù)在逐年增加，服務(wù)器也隨之逐年增多，這樣服務(wù)器的有效運(yùn)行與管理得不到充分發(fā)揮和保障，服務(wù)器資源的利用率明顯下降。在這種情況下，人們提出了使用虛擬機(jī)，使用虛擬機(jī)能充分利用服務(wù)器的有效剩余資源，使服務(wù)器的資源得到了充分利用與發(fā)揮：但是當(dāng)數(shù)據(jù)中心的物理服務(wù)器或運(yùn)行在物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)發(fā)生異常情況時(shí)，為了提高服務(wù)的可用性。以及對(duì)提供的服務(wù)業(yè)務(wù)要求不間斷性，可對(duì)提供業(yè)務(wù)服務(wù)的服務(wù)器或虛擬機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)移，以保證對(duì)用戶所提供服務(wù)的連續(xù)性與高可用性，在線遷移的優(yōu)點(diǎn)很多．如在服務(wù)器或虛擬機(jī)需要維護(hù)時(shí)。可以把負(fù)載遷移到有空閑資源的其他計(jì)算機(jī)上，等待維護(hù)結(jié)束后．再把負(fù)載遷移回到原來(lái)的服務(wù)器或虛擬機(jī)，整個(gè)過(guò)程不中斷它為用戶所提供的服務(wù)；在線遷移還有益于服務(wù)器的整合，可以支持IT管理在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡．避免出現(xiàn)部分過(guò)載情況；在線遷移還可以用于實(shí)現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)， 因?yàn)樘摂M機(jī)可以在不同站點(diǎn)間自由地移動(dòng)，依賴在遠(yuǎn)程站點(diǎn)的備用服務(wù)器運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)容災(zāi)：遷移服務(wù)器或虛擬機(jī)還可以為用戶節(jié)省管理資金、減少維護(hù)費(fèi)用和升級(jí)費(fèi)用，以前的x86服務(wù)器，體積比較“龐大”，而現(xiàn)在的服務(wù)器，體積已經(jīng)比以前小了許多，通過(guò)使用虛擬機(jī)和虛擬機(jī)的遷移技術(shù)使得用戶可以用一臺(tái)服務(wù)器來(lái)同時(shí)替代以前的許多臺(tái)服務(wù)器，這樣就節(jié)省了用戶大量的機(jī)房空間；另外，虛擬機(jī)中的服務(wù)器有著統(tǒng)一管理的“虛擬硬件資源”，很方便地進(jìn)行統(tǒng)一管理，不像以前的服務(wù)器有著許多不同的硬件資源(如主板芯片組不同，網(wǎng)卡不同，硬盤、RAID卡、顯卡不同)。遷移后的服務(wù)器，不僅可以在一個(gè)統(tǒng)一的界面中進(jìn)行管理，而且通過(guò)某些虛擬機(jī)軟件．如VMware提供的高可用性工具，在這些服務(wù)器因?yàn)楦鞣N故障停機(jī)時(shí)，可以自動(dòng)切換到網(wǎng)絡(luò)中另外相同的虛擬服務(wù)器中，從而達(dá)到不中斷業(yè)務(wù)的目的。
遷移的優(yōu)勢(shì)在于為系統(tǒng)用戶提供不問(wèn)斷的服務(wù)．減少了系統(tǒng)維護(hù)及升級(jí)費(fèi)用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)維護(hù)管理，提高了系統(tǒng)負(fù)載均衡．增強(qiáng)了系統(tǒng)錯(cuò)誤容忍度和優(yōu)化了系統(tǒng)各項(xiàng)管理。
3 虛擬機(jī)在線遷移的具體任務(wù)與運(yùn)用的技術(shù)
虛擬機(jī)的遷移工作是由虛擬機(jī)上的遷移工具完成的，遷移工具所完成的具體任務(wù)是為管理員提供對(duì)虛擬機(jī)遷移的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行監(jiān)控與定義的功能．從而保證在遷移過(guò)程中是可管、可控的：關(guān)鍵業(yè)務(wù)虛擬機(jī)一般具備較高優(yōu)先級(jí)，遷移到計(jì)算資源豐富的備用服務(wù)器上。另外，遷移工具軟件還提供了虛擬機(jī)順序編址，遷移軟件可以根據(jù)空閑計(jì)算資源的情況， 自動(dòng)完成非關(guān)鍵業(yè)務(wù)虛擬機(jī)的遷移：遷移監(jiān)管提供給管理員定位和跟蹤虛擬機(jī)動(dòng)作。就是為了支持對(duì)遷移過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行和完善與優(yōu)化。以下通過(guò)使用VMware的VMwareVMotion工具簡(jiǎn)述虛擬機(jī)遷移過(guò)程中所完成的具體任務(wù)(見(jiàn)附圖)。
3．1 使用VMotion進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移
(1)當(dāng)VMotion收到實(shí)時(shí)遷移的請(qǐng)求時(shí)，vCenter服務(wù)器就會(huì)檢查當(dāng)前主機(jī)上的虛擬機(jī)是否處于穩(wěn)定的狀態(tài).
附圖
(2)當(dāng)vCenter監(jiān)控到是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，VMo．tion就響應(yīng)了實(shí)時(shí)遷移請(qǐng)求，那么虛擬機(jī)的所有狀態(tài)信息(包括內(nèi)存、注冊(cè)表和網(wǎng)絡(luò)連接)就會(huì)被復(fù)制到目標(biāo)主機(jī)上。
(3)信息復(fù)制完畢之后，虛擬機(jī)將在新的主機(jī)上重新啟動(dòng)，投入運(yùn)作。
(4)進(jìn)行定期的硬件設(shè)備維護(hù)操作，但卻不需要預(yù)先設(shè)定停機(jī)時(shí)間，在服務(wù)器發(fā)生故障或者表現(xiàn)不佳之前，進(jìn)行遷移。
VMotion在完成以上的具體三個(gè)操作任務(wù)的同時(shí)還進(jìn)行在資源庫(kù)中不斷地自動(dòng)分配虛擬機(jī)．在不中斷業(yè)務(wù)運(yùn)作的情況下進(jìn)行各項(xiàng)維修工作，從而令服務(wù)器獲得最高的可用性及自動(dòng)優(yōu)化和分配資源庫(kù)性能，從而大大地提高了硬件的利用率、靈活性和可用性。
VMotion進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移允許虛擬機(jī)在不中斷工作進(jìn)程的情況下進(jìn)行，虛擬機(jī)的所有狀態(tài)信息連同它的配置文件都會(huì)被遷移到新的主機(jī)上：然而與之相連接的虛擬磁盤將會(huì)保留在兩主機(jī)共享的存儲(chǔ)器中。在虛擬機(jī)的狀態(tài)信息全部遷移到替換的主機(jī)上之后．虛擬機(jī)就可以在新的主機(jī)上運(yùn)行了。
3．2 VMotion中運(yùn)用的技術(shù)
VMotion從一臺(tái)物理服務(wù)器將虛擬機(jī)遷移到另外一臺(tái)虛擬機(jī)要用到下述三項(xiàng)技術(shù)：
(1)虛擬機(jī)的全部狀態(tài)信息被壓縮在一套存儲(chǔ)于共享存儲(chǔ)器的文件中。作為載體的存儲(chǔ)器類型可以是光纖通道(Fibre Channe1)、iSCSI存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(iSCSI Storage Area Network，SAN)或者網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)器(Network Attached Storage，NAS)。VMware的群集虛擬機(jī)系統(tǒng)(VMFS)允許多臺(tái)ESX服務(wù)器同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)虛擬機(jī)文件。
(2)虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存和執(zhí)行狀態(tài)在一個(gè)高速的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行快速傳輸，允許虛擬機(jī)即時(shí)地在源ESX服務(wù)器和目標(biāo)ESX服務(wù)器之間進(jìn)行信息交換。在遷移過(guò)程中，VMotion只在點(diǎn)陣圖里對(duì)信息交換進(jìn)行監(jiān)控，所以整個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是透明的。一旦整個(gè)內(nèi)存和系統(tǒng)狀態(tài)全部復(fù)制到目標(biāo)ESX服務(wù)器中，VMotion就會(huì)自動(dòng)終止源虛擬機(jī)，同時(shí)將點(diǎn)陣圖轉(zhuǎn)移到目標(biāo)ESX服務(wù)器中。并在目標(biāo)ESX服務(wù)器中重新啟動(dòng)虛擬機(jī)。上述整個(gè)操作假如是在一個(gè)千兆以太網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行。不用兩秒的時(shí)間就可以完成。
(3)虛擬機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)同樣也會(huì)被目標(biāo)ESX服務(wù)器虛擬化．確保在實(shí)時(shí)遷移之后，虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)身份和連接能夠得到保留。VMotion將MAC地址作為進(jìn)程的一部分來(lái)進(jìn)行管理。一旦目標(biāo)機(jī)被激活，VMotion會(huì)檢查網(wǎng)絡(luò)路由器來(lái)確保它能識(shí)別虛擬機(jī)MAC地址新的物理位置。由于虛擬機(jī)使用VMotion來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移，它的執(zhí)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)身份和動(dòng)態(tài)鏈接都能夠得到保護(hù)，所以對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，整個(gè)遷移過(guò)程并沒(méi)有引起服務(wù)器停機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)中斷。
4 虛擬機(jī)在線遷移要考慮的因素及注意事項(xiàng)
虛擬機(jī)在線遷移過(guò)程中要考慮的因素包括：
(1)遷移工具的性能指標(biāo)，虛擬機(jī)遷移工具的性能指標(biāo)包括以下三個(gè)方面：一是整體遷移時(shí)間：從源主機(jī)開(kāi)始遷移到遷移結(jié)束的時(shí)間；二是停機(jī)時(shí)間：遷移過(guò)程中，源主機(jī)、目的主機(jī)同時(shí)不可用的時(shí)間；三是對(duì)應(yīng)用程序的性能影響：遷移對(duì)于被遷移主機(jī)上運(yùn)行服務(wù)性能的的影響程度。
(2)需要對(duì)遷移的狀態(tài)信息進(jìn)行全面衡量。即當(dāng)前的內(nèi)存信息以及所有能夠定義和識(shí)別該虛擬機(jī)的信息。其中，內(nèi)存信息包括交換數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)的位數(shù)以及存儲(chǔ)在內(nèi)存中的應(yīng)用程序。而虛擬機(jī)的定義和識(shí)別信息包括所有映射到虛擬機(jī)硬件上的數(shù)據(jù)，比如網(wǎng)卡的MAC地址、CPU、設(shè)備、BIOS及芯片的設(shè)置狀態(tài)等。
(3)其注意事項(xiàng)是作為替換的主機(jī)還必須滿足兼容性要求。盡管在線遷移可以在各種虛擬宿主機(jī)之間進(jìn)行，但是在進(jìn)行跨處理器平臺(tái)遷移之前的測(cè)試工作很重要。因特爾和AMD生產(chǎn)的處理器都為包括自動(dòng)遷移在內(nèi)的虛擬化任務(wù)提供了擴(kuò)展支持。畢竟因特爾和AMD—Vprocessors對(duì)遷移采用了不同的支持方式，在跨平臺(tái)的遷移過(guò)程中可能會(huì)因此引發(fā)不可預(yù)知的性能問(wèn)題。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)VMware Vmotion來(lái)具體說(shuō)明虛擬機(jī)的整個(gè)在線遷移過(guò)程所完成的任務(wù)及運(yùn)用的技術(shù)，同時(shí)也闡述了在線遷移過(guò)程中所要考慮的因素及注意事項(xiàng)。結(jié)合當(dāng)前云計(jì)算與虛擬技術(shù)的發(fā)展，在線遷移有多種解決方案，不同廠商的遷移技術(shù)各有千秋，綜合技術(shù)本質(zhì)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)質(zhì)量出現(xiàn)瓶頸后，通過(guò)該技術(shù)在所提供的服務(wù)不間斷情況下，完成服務(wù)器的維護(hù)與管理，同時(shí)通過(guò)在線遷移技術(shù)也能為數(shù)據(jù)中心節(jié)約大量的資金投入，提高了資源利用率。
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本文標(biāo)題：虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)綜述
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