虛擬機(jī)之間的遷移

1、虛擬機(jī)的在線遷移 2014.11 目錄 Contents 虛擬化技 術(shù)分類 虛擬機(jī)遷 移技術(shù) Xen虛擬機(jī) 體系結(jié)構(gòu) Xen虛擬機(jī) 遷移機(jī)制 背景及相 關(guān)知識 12345 0306071011 Page 背景及相關(guān)知識 背景 虛擬化技術(shù)具有良好的隔離性，彈性分配和管理資虛擬化技術(shù)具有良好的隔離性，彈性分配和管理資 源，大大提高了資源的利用率。虛擬機(jī)在線遷移機(jī)制源，大大提高了資源的利用率。虛擬機(jī)在線遷移機(jī)制 能夠使虛擬機(jī)和應(yīng)用在不同的硬件資源之間移動，使能夠使虛擬機(jī)和應(yīng)用在不同的硬件資源之間移動，使 數(shù)據(jù)中心的管理機(jī)制具有資源共享，資源調(diào)度，容災(zāi)數(shù)據(jù)中心的管理機(jī)制具有資源共享，資源調(diào)度，容災(zāi) 備

2、份，動態(tài)整合等能力，提高資源利用率和安全性。備份，動態(tài)整合等能力，提高資源利用率和安全性。 背景及相關(guān)知識 虛擬化技術(shù) VMM 虛擬機(jī)在 線遷移 采用軟件技術(shù)把一臺物理主機(jī)上的硬件資源虛擬分采用軟件技術(shù)把一臺物理主機(jī)上的硬件資源虛擬分 割為多個功能相同的計(jì)算單位即虛擬機(jī)，每個虛擬割為多個功能相同的計(jì)算單位即虛擬機(jī)，每個虛擬 機(jī)上可同時運(yùn)行多個獨(dú)立的操作系統(tǒng)。機(jī)上可同時運(yùn)行多個獨(dú)立的操作系統(tǒng)。 在所有虛擬化原理中虛擬機(jī)監(jiān)控器替代了操作系在所有虛擬化原理中虛擬機(jī)監(jiān)控器替代了操作系 統(tǒng)，成為虛擬化系統(tǒng)的核心，承擔(dān)了資源的調(diào)度，統(tǒng)，成為虛擬化系統(tǒng)的核心，承擔(dān)了資源的調(diào)度， 分配和管理，保證多個客戶操作

3、系統(tǒng)虛擬機(jī)能夠分配和管理，保證多個客戶操作系統(tǒng)虛擬機(jī)能夠 相互隔離的同時進(jìn)行。相互隔離的同時進(jìn)行。 將運(yùn)行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)在不同的物理主機(jī)之將運(yùn)行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)在不同的物理主機(jī)之 間移動，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。間移動，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。 背景及相關(guān)知識 經(jīng)典經(jīng)典VMM體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 全虛擬化：不需要修 改上層操作系統(tǒng)的內(nèi) 核。操作系統(tǒng)與底層 硬件完全隔離。 硬件輔助虛擬化：在 CPU中加新的指令集 和處理器運(yùn)行模式， 完成虛擬操作系統(tǒng)對 硬件資源的直接調(diào)用。 半虛擬化：在操作系 統(tǒng)中加入特定的虛擬 化指令，通過它可直 接通過Hypervisor 層 調(diào) 用 硬 件 資 源 。 虛擬化技術(shù)分

4、類 數(shù)據(jù)中心資源管理：遷移技術(shù)對應(yīng)用部署，硬 件維護(hù)，資源備份，資源負(fù)載均衡，容災(zāi)備份等方面 意義重大，是數(shù)據(jù)中心資源管理的強(qiáng)大工具。 計(jì)算環(huán)境可移動性：遷移技術(shù)使得操作系統(tǒng)及 其上運(yùn)行的服務(wù)成為一個可移動的整體，從用戶的角 度而言移動后的計(jì)算環(huán)境保持原有的狀態(tài)和屬性。 容災(zāi)備份：運(yùn)行用戶業(yè)務(wù)只需要一個虛擬化的 無力計(jì)算節(jié)點(diǎn)和虛擬機(jī)鏡像，因此備份虛擬機(jī)鏡像能 夠提高用戶和系統(tǒng)的安全性。 虛擬機(jī)遷移技術(shù) 靜態(tài)遷移：被遷移虛擬機(jī)在源節(jié)點(diǎn)上暫停運(yùn)行， 將虛擬機(jī)所有狀態(tài)存儲在文件中傳送到目的主機(jī)，最 后在目的主機(jī)上回復(fù)虛擬機(jī)。 在線遷移：在保證虛擬機(jī)上服務(wù)正常運(yùn)行的同 時進(jìn)行遷移。虛擬機(jī)一邊運(yùn)行一邊將

5、自己的內(nèi)容拷貝 到另一臺物理機(jī)上，需要等到拷貝的內(nèi)容非常少的時 候虛擬機(jī)停止運(yùn)行將這少部分內(nèi)容一次性拷貝，拷貝 完成之后在目的主機(jī)上重新激活虛擬機(jī)。 虛擬機(jī)遷移技術(shù) 遷移時間：虛擬機(jī)從源主機(jī)遷移開始到在目的 主機(jī)完全恢復(fù)運(yùn)行的時間。 宕機(jī)時間：遷移過程中，源、目的主機(jī)上的被 遷移虛擬機(jī)同時不可用時間。 遷移對虛擬機(jī)上業(yè)務(wù)性能的影響：遷移過程中 對被遷移虛擬機(jī)上運(yùn)行服務(wù)性能的影響程度。 遷移過程資源的占用：遷移過程所需的硬件資 源，尤其指網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用。 虛擬機(jī)遷移技術(shù) Xen虛擬機(jī) XEN虛擬機(jī)是由英國劍橋大學(xué)設(shè)計(jì)和開發(fā) 的，其特點(diǎn)是不借助任何特殊的硬件設(shè)備 輔助執(zhí)行，就可以直接在硬件之上運(yùn)行

6、， 但是硬件資源不完全由 VMM 管理。 XEN 虛擬機(jī)某些輸入輸出設(shè)備分離給特 權(quán)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬化。 Xen虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu) XenXen虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu) Xen虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖 Xen虛擬機(jī)遷 移機(jī)制 Xen虛擬機(jī)遷移機(jī)制 XEN 的遷移機(jī)制包含靜態(tài)遷移和在線遷的遷移機(jī)制包含靜態(tài)遷移和在線遷 移，通過移，通過 shell 命令控制兩種遷移方法，命令控制兩種遷移方法， 其設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)，并且數(shù)其設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)，并且數(shù) 據(jù)中心使用共享存儲設(shè)備據(jù)中心使用共享存儲設(shè)備(例如例如 NAS 或或 SAN)。XEN在線遷移能夠以較短的宕機(jī)在線遷移能夠以較短的宕機(jī) 時間將虛

7、擬機(jī)從一臺物理主機(jī)遷移到另時間將虛擬機(jī)從一臺物理主機(jī)遷移到另 外一臺物理主機(jī)上，遷移的內(nèi)容主要包外一臺物理主機(jī)上，遷移的內(nèi)容主要包 括括虛擬機(jī)的內(nèi)存狀態(tài)虛擬機(jī)的內(nèi)存狀態(tài)和和 CPU 狀態(tài)信息狀態(tài)信息。 對于虛擬機(jī)的內(nèi)存狀態(tài)，XEN 采用了 Pre-copy機(jī)制。遷移開 始之后，被遷移虛擬機(jī)在源主機(jī)不停止運(yùn)行，在目的主機(jī)上申請運(yùn) 行虛擬機(jī)所需的資源，遷移通過循環(huán)迭代拷貝，將源主機(jī)虛擬機(jī)的 內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)送到目的主機(jī)。第一輪迭代發(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 Pre-copy 過程中被修改過的頁，稱為 臟頁(Dirty Pages)。迭代過程由以下四個條件來控制： Xen內(nèi)存狀態(tài)遷

8、移 1.迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大值； 2.迭代中累積的臟頁數(shù)量達(dá)到該虛擬機(jī)所擁有最大內(nèi)存數(shù)內(nèi)存的三倍 以上； 3.本輪發(fā)送的臟頁數(shù)大于上一輪的，并且網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到預(yù)設(shè)的最大閾 值； 4.本輪發(fā)送的臟頁數(shù)和本輪跳過不發(fā)的臟頁數(shù)目之和小于最小閾值； XenXen虛擬機(jī)在線遷移流程 S1：虛擬機(jī)在源主機(jī)上正常運(yùn)行， 源主機(jī)向目的主機(jī)發(fā)送遷移請求， 申請資源 S2：虛擬機(jī)在源主機(jī)上正常運(yùn)行， 目的主機(jī)申請資源后確認(rèn)接收遷 移數(shù)據(jù) S3：源主機(jī)打開并測試影子列表， 將所有內(nèi)存也標(biāo)記為臟狀態(tài) S4：循環(huán)迭代拷貝內(nèi)存臟頁 S5：虛擬機(jī)在源主機(jī)上停止運(yùn)行， 發(fā)送剩余的內(nèi)存臟頁，CPU狀 態(tài)，I/O狀態(tài)，ip地址重定向 S7：目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信 息，源節(jié)點(diǎn)刪除虛擬機(jī) S6：