虛擬機(jī)的遷移是指在源物理主機(jī)上運行的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序移動到目標(biāo)物理主機(jī)上或虛擬機(jī)上，并且在目標(biāo)主機(jī)上能夠正常運行。在沒有虛擬機(jī)的時代，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)上對操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的狀態(tài)實時備份，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、靈活化和簡單化。
1 虛擬機(jī)在線遷移簡介
虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)是指在兩個或多個物理主機(jī)之間遷移它們的虛擬機(jī)。也就是說在服務(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程對用戶來說是透明的，用戶不會感覺到應(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，通常為每一項服務(wù)配置一臺服務(wù)器，由于每項服務(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)器或運行在物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)發(fā)生異常情況時，為了提高服務(wù)的可用性。以及對提供的服務(wù)業(yè)務(wù)要求不間斷性，可對提供業(yè)務(wù)服務(wù)的服務(wù)器或虛擬機(jī)自動轉(zhuǎn)移，以保證對用戶所提供服務(wù)的連續(xù)性與高可用性，在線遷移的優(yōu)點很多．如在服務(wù)器或虛擬機(jī)需要維護(hù)時。可以把負(fù)載遷移到有空閑資源的其他計算機(jī)上，等待維護(hù)結(jié)束后．再把負(fù)載遷移回到原來的服務(wù)器或虛擬機(jī)，整個過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)器之間實現(xiàn)負(fù)載均衡．避免出現(xiàn)部分過載情況；在線遷移還可以用于實現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)， 因為虛擬機(jī)可以在不同站點間自由地移動，依賴在遠(yuǎn)程站點的備用服務(wù)器運行來實現(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)費用和升級費用，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服務(wù)器來同時替代以前的許多臺服務(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，不僅可以在一個統(tǒng)一的界面中進(jìn)行管理，而且通過某些虛擬機(jī)軟件．如VMware提供的高可用性工具，在這些服務(wù)器因為各種故障停機(jī)時，可以自動切換到網(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)勢在于為系統(tǒng)用戶提供不問斷的服務(wù)．減少了系統(tǒng)維護(hù)及升級費用，簡化了系統(tǒng)維護(hù)管理，提高了系統(tǒng)負(fù)載均衡．增強了系統(tǒng)錯誤容忍度和優(yōu)化了系統(tǒng)各項管理。
3 虛擬機(jī)在線遷移的具體任務(wù)與運用的技術(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)是為管理員提供對虛擬機(jī)遷移的優(yōu)先級進(jìn)行監(jiān)控與定義的功能．從而保證在遷移過程中是可管、可控的：關(guān)鍵業(yè)務(wù)虛擬機(jī)一般具備較高優(yōu)先級，遷移到計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)空閑計算資源的情況， 自動完成非關(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)動作。就是為了支持對遷移過程的持續(xù)進(jìn)行和完善與優(yōu)化。以下通過使用VMware的VMwareVMotion工具簡述虛擬機(jī)遷移過程中所完成的具體任務(wù)(見附圖)。
3．1 使用VMotion進(jìn)行實時遷移
(1)當(dāng)VMotion收到實時遷移的請求時，vCenter服務(wù)器就會檢查當(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，VMo．tion就響應(yīng)了實時遷移請求，那么虛擬機(jī)的所有狀態(tài)信息(包括內(nèi)存、注冊表和網(wǎng)絡(luò)連接)就會被復(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，投入運作。
(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操作任務(wù)的同時還進(jìn)行在資源庫中不斷地自動分配虛擬機(jī)．在不中斷業(yè)務(wù)運作的情況下進(jìn)行各項維修工作，從而令服務(wù)器獲得最高的可用性及自動優(yōu)化和分配資源庫性能，從而大大地提高了硬件的利用率、靈活性和可用性。
VMotion進(jìn)行實時遷移允許虛擬機(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被遷移到新的主機(jī)上：然而與之相連接的虛擬磁盤將會保留在兩主機(jī)共享的存儲器中。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)上運行了。
3．2 VMotion中運用的技術(shù)
VMotion從一臺物理服務(wù)器將虛擬機(jī)遷移到另外一臺虛擬機(jī)要用到下述三項技術(shù)：
(1)虛擬機(jī)的全部狀態(tài)信息被壓縮在一套存儲于共享存儲器的文件中。作為載體的存儲器類型可以是光纖通道(Fibre Channe1)、iSCSI存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(iSCSI Storage Area Network，SAN)或者網(wǎng)絡(luò)附加存儲器(Network Attached Storage，NAS)。VMware的群集虛擬機(jī)系統(tǒng)(VMFS)允許多臺ESX服務(wù)器同時訪問同一個虛擬機(jī)文件。
(2)虛擬機(jī)的動態(tài)內(nèi)存和執(zhí)行狀態(tài)在一個高速的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行快速傳輸，允許虛擬機(jī)即時地在源ESX服務(wù)器和目標(biāo)ESX服務(wù)器之間進(jìn)行信息交換。在遷移過程中，VMotion只在點陣圖里對信息交換進(jìn)行監(jiān)控，所以整個轉(zhuǎn)移過程對用戶來說是透明的。一旦整個內(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就會自動終止源虛擬機(jī)，同時將點陣圖轉(zhuǎn)移到目標(biāo)ESX服務(wù)器中。并在目標(biāo)ESX服務(wù)器中重新啟動虛擬機(jī)。上述整個操作假如是在一個千兆以太網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行。不用兩秒的時間就可以完成。
(3)虛擬機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)同樣也會被目標(biāo)ESX服務(wù)器虛擬化．確保在實時遷移之后，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)程的一部分來進(jìn)行管理。一旦目標(biāo)機(jī)被激活，VMotion會檢查網(wǎng)絡(luò)路由器來確保它能識別虛擬機(jī)MAC地址新的物理位置。由于虛擬機(jī)使用VMotion來進(jìn)行實時遷移，它的執(zhí)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)身份和動態(tài)鏈接都能夠得到保護(hù)，所以對于用戶來說，整個遷移過程并沒有引起服務(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
虛擬機(jī)在線遷移過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)包括以下三個方面：一是整體遷移時間：從源主機(jī)開始遷移到遷移結(jié)束的時間；二是停機(jī)時間：遷移過程中，源主機(jī)、目的主機(jī)同時不可用的時間；三是對應(yīng)用程序的性能影響：遷移對于被遷移主機(jī)上運行服務(wù)性能的的影響程度。
(2)需要對遷移的狀態(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)以及存儲在內(nèi)存中的應(yīng)用程序。而虛擬機(jī)的定義和識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)行跨處理器平臺遷移之前的測試工作很重要。因特爾和AMD生產(chǎn)的處理器都為包括自動遷移在內(nèi)的虛擬化任務(wù)提供了擴(kuò)展支持。畢竟因特爾和AMD—Vprocessors對遷移采用了不同的支持方式，在跨平臺的遷移過程中可能會因此引發(fā)不可預(yù)知的性能問題。
5 結(jié)束語
通過VMware Vmotion來具體說明虛擬機(jī)的整個在線遷移過程所完成的任務(wù)及運用的技術(shù)，同時也闡述了在線遷移過程中所要考慮的因素及注意事項。結(jié)合當(dāng)前云計算與虛擬技術(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，同時通過在線遷移技術(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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