虚拟机迁移原理

本文介绍了虚拟机迁移的原理,包括快照技术和内存迁移。快照技术用于记录虚拟机的全面状态,而内存迁移则面临实时变化的挑战,采用pre-copy和post-copy策略来处理。pre-copy在迁移过程中不断复制和发送脏页,直至达到阈值,再停止虚拟机完成迁移;post-copy则是先迁移vCPU状态,然后在发生页错误时拷贝到远程主机,允许虚拟机在迁移期间保持运行。

我们常常遇到需要迁移虚拟机的问题,比如需要维护某台设备,会将设备上的一切应用迁移到另一台设备。但是如何将虚拟机进行迁移呢?好比说,虚拟机中正在运行一个程序,这个程序有源源不断的数据访问,怎么使得在不影响这些访问的情况下把虚拟机迁移到领一台服务器上呢?

尤其是当远程迁移的时候,怎么在虚拟机不崩溃的情况下迁移走所有的状态?

快照技术

snapshot(快照)就是将虚拟机的各种状态全部记录下来,存进硬盘里,等待下一次开启虚拟机的时候读取,这些状态包括:

  • vCPU 状态(寄存器等)
  • I/O设备状态
  • 虚拟磁盘状态(利用写时拷贝技术)
  • 所有的内存状态(实现最困难)

内存迁移

内存是最难处理的,因为它一直在变化。内存实时读写,导致我们没有办法截取某一时刻对内存进行拷贝。这就形成了两种处理方法:

pre-copy
  1. 将当前时刻所有的内存状态复制并发送到远程服务器,先不管实时更新的内存状态;
  2. 将新时刻的已改变的内存复制并发送到远程服务器:
    (1).VMM会对所有的页进行写保护,当有数据改变时,标记该页为“赃页”;
    (2).VMM将所有“赃页”拷贝进缓冲区,将缓冲区通过网络发送到远程服务器;
    (3). 由于相关联的内存的局部性,赃页的数目很小,先设为Dt(M)D_{t(M)}Dt(</
### 虚拟机迁移的工作原理及实现机制 虚拟机迁移是一种技术,允许在不中断服务的情况下将正在运行的虚拟机从一个物理主机迁移到另一个物理主机。这种迁移通常用于负载均衡、硬件维护以及优化资源利用率等场景。 #### 1. 基本概念 热迁移的核心在于确保虚拟机的状态在整个过程中得以保存并同步到目标主机。这包括但不限于虚拟机的内存状态、CPU寄存器信息以及其他运行时数据[^1]。为了支持这一过程,源主机和目标主机之间的网络连接必须具备足够的带宽以满足实时的数据传输需求,同时虚拟机的磁盘镜像需存储于共享存储之上或采用特定的技术保障一致性[^3]。 #### 2. 实现流程概述 以下是典型的虚拟机迁移的主要阶段: - **预复制 (Pre-copy)** 在此阶段,源主机上的虚拟机会继续正常运行,而其当前的内存页会被逐步复制到目标主机。由于在此期间可能会有新的脏页产生(即发生变化的页面),因此需要多次迭代完成整个内存空间的转移直到剩余未发送的脏页数量降到可接受范围内[^1]。 - **停止与最终拷贝 (Stop-and-Copy)** 当预复制完成后,会短暂暂停虚拟机执行以便进行最后一步操作——即将那些最新产生的少量脏页快速转移到新位置,并更新必要的元数据如 CPU 寄存器值等。这个动作非常迅速以至于用户体验几乎不受影响[^2]。 - **恢复运行** 完成上述步骤后,在目标机器上重新启动该实例即可恢复正常工作流。此时原节点上的旧副本则被销毁释放相应计算资源[^3]。 #### 3. 技术细节探讨 具体来说,不同平台可能有不同的实现方式和技术选型,但总体遵循类似的逻辑框架。例如 OpenStack 中 nova 组件负责管理 VM 生命周期事件,其中包括冷/热迁移功能;它利用 libvirt API 接口调用底层 KVM/QEMU 驱动程序来实际处理这些复杂的任务链路[^2]。 下面给出一段伪代码表示如何通过编程接口触发一次简单的KVM环境下的热迁移: ```python import libvirt def migrate_vm(domain_name, dest_uri): conn_src = libvirt.open("qemu:///system") # 打开源端连接 dom = conn_src.lookupByName(domain_name) conn_dest = libvirt.open(dest_uri) # 打开目的端连接 flags = libvirt.VIR_MIGRATE_LIVE | libvirt.VIR_MIGRATE_TUNNELLED dom.migrate(conn_dest, flags, None, None, 0) migrate_vm('test_vm', 'qemu+ssh://dest_host/system') ``` 以上脚本展示了怎样借助 Python-bindings 和 Libvirt 库发起跨节点间的安全隧道模式下活动态虚机搬迁命令。 ---
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