虚拟机在线迁移技术综述

虚拟机在线迁移技术综述

介绍了云计算中虚拟机的在线迁移技术,说明了什么是虚拟机的在线迁移,并通过目前流行虚拟软件VMware 中VMotion的迁移过程,阐述了虚拟机在线迁移过程中所完成的任务、注意事项和需要考虑的种种因素。

虚拟机的迁移是指在源物理主机上运行的虚拟机操作系统及应用程序移动到目标物理主机上或虚拟机上，并且在目标主机上能够正常运行。在没有虚拟机的时代，系统的迁移是指物理机之间的迁移，依靠的是系统备份和恢复技术，在源主机上对操作系统和应用程序的状态实时备份，然后把备份的系统和应用程序挂接到目标主机上，最后在目标主机上恢复系统与应用程序。随着云计算及虚拟机技术的飞速发展，系统的迁移更加多样化、灵活化和简单化。

1 虚拟机在线迁移简介

虚拟机在线迁移技术是指在两个或多个物理主机之间迁移它们的虚拟机。也就是说在服务应用不中断的情况下，完成虚拟机操作系统、内存数据和虚拟机状态的转移．一般情况下迁移的过程对用户来说是透明的，用户不会感觉到应用服务产生中断。迁移进程首先能够进行自动捕捉与虚拟机相关的内存空间(其中包含虚拟机占用的处理器寄存器状态)，然后以协议包的方式(TCP／IP)把数据包从一台服务器的虚拟机上转移给其他服务器的虚拟机。新服务器加载处理器寄存器状态。在不停顿的情况下无缝接管原有虚拟机的数据业务，多数虚拟机迁移发生在同种管理程序服务之下，因此新的虚拟机保留了源虚拟机的名称和特性。尽管物理上虚拟机位于不同的服务器上，但它们对于用户是完全相同的。

2 在线迁移虚拟机

在传统的数据中心里，通常为每一项服务配置一台服务器，由于每项服务在逐年增加，服务器也随之逐年增多，这样服务器的有效运行与管理得不到充分发挥和保障，服务器资源的利用率明显下降。在这种情况下，人们提出了使用虚拟机，使用虚拟机能充分利用服务器的有效剩余资源，使服务器的资源得到了充分利用与发挥：但是当数据中心的物理服务器或运行在物理服务器上的虚拟机发生异常情况时，为了提高服务的可用性。以及对提供的服务业务要求不间断性，可对提供业务服务的服务器或虚拟机自动转移，以保证对用户所提供服务的连续性与高可用性，在线迁移的优点很多．如在服务器或虚拟机需要维护时。可以把负载迁移到有空闲资源的其他计算机上，等待维护结束后．再把负载迁移回到原来的服务器或虚拟机，整个过程不中断它为用户所提供的服务；在线迁移还有益于服务器的整合，可以支持IT管理在数据中心服务器之间实现负载均衡．避免出现部分过载情况；在线迁移还可以用于实现灾难恢复，因为虚拟机可以在不同站点间自由地移动，依赖在远程站点的备用服务器运行来实现容灾：迁移服务器或虚拟机还可以为用户节省管理资金、减少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，通过使用虚拟机和虚拟机的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管理的“虚拟硬件资源”，很方便地进行统一管理，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。

迁移的优势在于为系统用户提供不问断的服务．减少了系统维护及升级费用，简化了系统维护管理，提高了系统负载均衡．增强了系统错误容忍度和优化了系统各项管理。

3 虚拟机在线迁移的具体任务与运用的技术

虚拟机的迁移工作是由虚拟机上的迁移工具完成的，迁移工具所完成的具体任务是为管理员提供对虚拟机迁移的优先级进行监控与定义的功能．从而保证在迁移过程中是可管、可控的：关键业务虚拟机一般具备较高优先级，迁移到计算资源丰富的备用服务器上。另外，迁移工具软件还提供了虚拟机顺序编址，迁移软件可以根据空闲计算资源的情况，自动完成非关键业务虚拟机的迁移：迁移监管提供给管理员定位和跟踪虚拟机动作。就是为了支持对迁移过程的持续进行和完善与优化。以下通过使用VMware的VMwareVMotion工具简述虚拟机迁移过程中所完成的具体任务(见附图)。

3．1 使用VMotion进行实时迁移

(1)当VMotion收到实时迁移的请求时，vCenter服务器就会检查当前主机上的虚拟机是否处于稳定的状态.

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附图

(2)当vCenter监控到是处于稳定状态时，VMo．tion就响应了实时迁移请求，那么虚拟机的所有状态信息(包括内存、注册表和网络连接)就会被复制到目标主机上。

(3)信息复制完毕之后，虚拟机将在新的主机上重新启动，投入运作。

(4)进行定期的硬件设备维护操作，但却不需要预先设定停机时间，在服务器发生故障或者表现不佳之前，进行迁移。

VMotion在完成以上的具体三个操作任务的同时还进行在资源库中不断地自动分配虚拟机．在不中断业务运作的情况下进行各项维修工作，从而令服务器获得最高的可用性及自动优化和分配资源库性能，从而大大地提高了硬件的利用率、灵活性和可用性。

VMotion进行实时迁移允许虚拟机在不中断工作进程的情况下进行，虚拟机的所有状态信息连同它的配置文件都会被迁移到新的主机上：然而与之相连接的虚拟磁盘将会保留在两主机共享的存储器中。在虚拟机的状态信息全部迁移到替换的主机上之后．虚拟机就可以在新的主机上运行了。

3．2 VMotion中运用的技术

VMotion从一台物理服务器将虚拟机迁移到另外一台虚拟机要用到下述三项技术：

(1)虚拟机的全部状态信息被压缩在一套存储于共享存储器的文件中。作为载体的存储器类型可以是光纤通道(Fibre Channe1)、iSCSI存储区域网络(iSCSI Storage Area Network，SAN)或者网络附加存储器(Network Attached Storage，NAS)。VMware的群集虚拟机系统(VMFS)允许多台ESX服务器同时访问同一个虚拟机文件。

(2)虚拟机的动态内存和执行状态在一个高速的网络上进行快速传输，允许虚拟机即时地在源ESX服务器和目标ESX服务器之间进行信息交换。在迁移过程中，VMotion只在点阵图里对信息交换进行监控，所以整个转移过程对用户来说是透明的。一旦整个内存和系统状态全部复制到目标ESX服务器中，VMotion就会自动终止源虚拟机，同时将点阵图转移到目标ESX服务器中。并在目标ESX服务器中重新启动虚拟机。上述整个操作假如是在一个千兆以太网络中进行。不用两秒的时间就可以完成。

(3)虚拟机使用的网络同样也会被目标ESX服务器虚拟化．确保在实时迁移之后，虚拟机的网络身份和连接能够得到保留。VMotion将MAC地址作为进程的一部分来进行管理。一旦目标机被激活，VMotion会检查网络路由器来确保它能识别虚拟机MAC地址新的物理位置。由于虚拟机使用VMotion来进行实时迁移，它的执行状态、网络身份和动态链接都能够得到保护，所以对于用户来说，整个迁移过程并没有引起服务器停机或者网络中断。

4 虚拟机在线迁移要考虑的因素及注意事项

虚拟机在线迁移过程中要考虑的因素包括：

(1)迁移工具的性能指标，虚拟机迁移工具的性能指标包括以下三个方面：一是整体迁移时间：从源主机开始迁移到迁移结束的时间；二是停机时间：迁移过程中，源主机、目的主机同时不可用的时间；三是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。

(2)需要对迁移的状态信息进行全面衡量。即当前的内存信息以及所有能够定义和识别该虚拟机的信息。其中，内存信息包括交换数据、操作系统的位数以及存储在内存中的应用程序。而虚拟机的定义和识别信息包括所有映射到虚拟机硬件上的数据，比如网卡的MAC 地址、CPU、设备、BIOS及芯片的设置状态等。

(3)其注意事项是作为替换的主机还必须满足兼容性要求。尽管在线迁移可以在各种虚拟宿主机之间进行，但是在进行跨处理器平台迁移之前的测试工作很重要。因特尔和AMD 生产的处理器都为包括自动迁移在内的虚拟化任务提供了扩展支持。毕竟因特尔和AMD—Vprocessors对迁移采用了不同的支持方式，在跨平台的迁移过程中可能会因此引发不可预知的性能问题。

5 结束语

通过VMware Vmotion来具体说明虚拟机的整个在线迁移过程所完成的任务及运用的技术，同时也阐述了在线迁移过程中所要考虑的因素及注意事项。结合当前云计算与虚拟技术的发展，在线迁移有多种解决方案，不同厂商的迁移技术各有千秋，综合技术本质。当网络中服务质量出现瓶颈后，通过该技术在所提供的服务不间断情况下，完成服务器的维护与管理，同时通过在线迁移技术也能为数据中心节约大量的资金投入，提高了资源利用率。