虚拟机迁移技术漫谈

虚拟机迁移技术漫谈

如何在虚拟机和物理机以及虚拟机和虚拟机之间的迁移系统

前言

系统的迁移是指把源主机上的操作系统和应用程序移动到目的主机，并且能够在目的主机上正常运行。在没有虚拟机的时代，物理机之间的迁移依靠的是系统备份和恢复技术。在源主机上实时备份操作系统和应用程序的状态，然后把存储介质连接到目标主机上，最后在目标主机上恢复系统。随着虚拟机技术的发展，系统的迁移更加灵活和多样化。

本系列文章全面介绍了虚拟机迁移的三种方式 P2V、V2V 和 V2P，及他们在内核虚拟机 KVM 上的实现方法，分成五个部分。第一部分，介绍虚拟机迁移的各种方法和相应的迁移工具，并且着重分析 Linux 平台上开源的虚拟化工具 KVM 和XEN 实时迁移中的的内存预拷贝技术；

第二部分介绍 KVM 虚拟机之间的 V2V 迁移技术，包括离线迁移和在线迁移；第三部分介绍基于 VMware 或 XEN 的虚拟机如何迁移到基于 KVM 的虚拟机；第四部分介绍物理机到虚拟机迁移 P2V 和虚拟机到物理机迁移 V2P 在 KVM 虚拟机上的实现；第五部分介绍和虚拟机迁移密切相关的虚拟机克隆、快照和备份技术。

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虚拟机迁移简介

为什么要迁移服务器

迁移服务器可以为用户节省管理资金、维护费用和升级费用。以前的 x86 服务器，体积比较“庞大”；而现在的服务器，体积已经比以前小了许多，迁移技术使得用户可以用一台服务器来同时替代以前的许多台服务器，这样就节省了用户大量的机房空间。另外，虚拟机中的服务器有着统一的“虚拟硬件资源”，不像以前的服务器有着许多不同的硬件资源（如主板芯片组不同，网卡不同，硬盘，RAID 卡，显卡不同）。迁移后的服务器，不仅可以在一个统一的界面中进行管理，而且通过某些虚拟机软件，如 VMware 提供的高可用性工具，在这些服务器因为各种故障停机时，可以自动切换到网络中另外相同的虚拟服务器中，从而达到不中断业务的目的。总之，迁移的优势在于简化系统维护管理，提高系统负载均衡，增强系统错误容忍度和优化系统电源管理。

虚拟机迁移的性能指标

一个优秀的迁移工具，目标是最小化整体迁移的时间和停机时间，并且将迁移对于被迁移主机上运行服务的性能造成的影响降至最低。当然，这几个因素互相影响，实施者需要根据迁移针对的应用的需求在其中进行衡量，选用合适的工具软件。虚拟机迁移的性能指标包括以下三个方面：

1.整体迁移时间：从源主机开始迁移到迁移结束的时间

2.停机时间：迁移过程中，源主机、目的主机同时不可用的时间

3.对应用程序的性能影响：迁移对于被迁移主机上运行服务性能的的影响程

度。

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虚拟机迁移的分类及原理

物理机到虚拟机的迁移（Physical- to-Virtual）

P2V 指迁移物理服务器上的操作系统及其上的应用软件和数据到 VMM（Virtual Machine Monitor）管理的虚拟服务器中。这种迁移方式，主要是使用各种工具软件，把物理服务器上的系统状态和数据“镜像”到 VMM 提供的虚拟机中，并且在虚拟机中“替换”物理服务器的存储硬件与网卡驱动程序。只要在虚拟服务器中安装好相应的驱动程序并且设置与原来服务器相同的地址（如 TCP/IP 地址等），在重启虚拟机服务器后，虚拟服务器即可以替代物理服务器进行工作。

P2V 迁移方法

∙手动迁移：手动完成所有迁移操作，需要对物理机系统和虚拟机环境非常了解。

i.关闭原有的物理机上的服务和操作系统，并且从其他媒质上

启动一个新的系统。比如从 LiveCD 上启动一个新的光盘系

统。大部分的发行版都会带有 LiveCD。

ii.把物理机系统的磁盘做成虚拟机镜像文件，如有多个磁盘则

需要做多个镜像，并且拷贝镜像到虚拟主机上。

iii.为虚拟机创建虚拟设备，加载镜像文件

iv.启动虚拟机，调整系统设置，并开启服务。

∙半自动迁移：利用专业工具辅助 P2V 的迁移，把某些手动环节进行自动化。比如将物理机的磁盘数据转换成虚拟机格式，这一向是相当耗时的工作，你可以选择专业的工具来完成这个步骤。这里有大量的工具可以使

用，如 RedHat 的开源工具 virt-p2v，Microsoft Virtual Server

Migration Toolkit 等。

∙P2V 热迁移：迁移中避免宕机。大部分 P2V 工具也有一个很大的限制：在整个迁移过程中，物理机不可用。在运行关键任务的环境或有 SLA（服

务水平协议）的地方，这种工具不可选。幸运的是随着 P2V 技术的发展，VMware vCenter Converter 和 Microsoft Hyper-V 已经能够提供热迁移功能，避免宕机。目前，P2V 热迁移仅在 Windows 物理服务器可用，未

来将添加对 Linux 的支持。

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 离线迁移

离线迁移（offline migration）：也叫做常规迁移、静态迁移。在迁移之前将虚拟机暂停，如果共享存储，则只拷贝系统状态至目的主机，最后在目的主机重建虚拟机状态，恢复执行。如果使用本地存储，则需要同时拷贝虚拟机镜像和状态到目的主机。到这种方式的迁移过程需要显示的停止虚拟机的运行。从用户角度看，有明确的一段服务不可用的时间。这种迁移方式简单易行，适用于对服务可用性要求不严格的场合。

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。