虚拟机迁移技术漫谈

虚拟机迁移技术漫谈

怎样在虚拟机和物理机以及虚拟机和虚拟机之间的迁移系统

序言

系统的迁移是指把源主机上日勺操作系统和应用程序移动到目日勺主机，并且可以

在目的主机上正常运行。在没有虚拟机n勺时代，物理机之间的迁移依托的是系

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

存储介质连接到目日勺主机上，最终在目日勺主机上恢复系统。伴随虚拟机技术的

发展,系统的迁移愈加灵活和多样化。

本系列文章全面简介了虚拟机迁移欧J三种方式P2V、V2V和V2P,及他们在内

核虚拟机KVM上日勺实现措施，提成五个部分。笫一部分，简介虚拟机迁移口勺多

种措施和对应的迁移工具，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；

第二部分简介KVM虚双机之间的V2V迁移技术，包括离线迁移和在线迁移；

第三部分简介基于VMware或XEN的虚拟机怎样迁移到基于KVM的虚拟机；

第四部分简介物理机到虚拟机迁移P2V和虚拟机到物理机迁移V2P在KVM虚

拟机上日勺实现；第五部分简介和虚拟机i±移亲密有关的虚拟机克隆、快照和备

份技术。

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虚拟机迁移简介

为何要迁移服务器

迁移服务器可认为顾客节省管理资金、维护费用和升级费用。此前的x86服务

器，体积比较“庞人”；而目前日勺服务器，体积已经比此前小了许多，迁移技

术使得顾客可以用一台服务器来同步替代此前的许多台服务器，这样就节省了

顾客大量的J机房空间。此外，虚拟机中的服务器有着统一的“虚拟硬件资

源”，不像此前的服务器有着许多不一样的硬件/源（如主板芯片组不一样，

网卡不一样，硬盘，RAID卡，显卡不一样）。迁移后口勺服务器，不仅可以在

一种统一的界面中进行管理，并且通过某些虚拟机软件，如VMware提供的高

可用性工具，在这些服务器由于多种故障停机时，可以自动切换到网络中此外

相似的虚拟服务器中，从而到达不中断业务日勺目H勺。总之，迁移日勺优势在于简

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。

虚拟机迁移口勺性能指标

一种优秀的迁移工具，目的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日勺性能导致日勺影响降至最低。当然，这几种因素互

相影响，实行者需要根据迁移针对日勺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H勺性能指标包括如下三个方面：

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、目的主机同步不可用的时间

3.对应用程序日勺性能影响：迁移对于被迁移主机上运行服务性能日勺欧I影响

程度。

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虚拟机迁移H勺分类及原理

物理机到虚拟机的I迁移(Physical-to-Virtual)

P2V指迁移物理服务器上的操作系统及其上口勺应用软件和数据到VMM(Virtual

MachineMonitor)管理的虚拟服务器中。这种迁移方式，重要是使用多种工具

软件，把物理服务器上日勺系统状态和数据“镜像”到VMM提供日勺虚拟机中，并

且在虚拟机中“替代”物理服务器的存储硬件与网卡驱动程序。只要在虚拟服

务器中安装好对应日勺驱动程序并且设置与本来服务器相似的地址(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迁移措施

•手动迁移：手动完毕所有迁移操作，需要对物理机系统和虚拟机环境非

常理解。

1.关闭原有的物理机上的服务和操作系统，并且从其他媒质

上启动一种新的系统。例如从LiveCD上启动一种新的光

盘系统。大部分【付发行版都会带有LiveCDo

ii.把物理机系统的磁盘做成虚队机镜像文献，如有多种磁盘

则需要做多种镜像，并且拷贝镜像到虚拟主机上。

iii.为虚拟机创立虚拟设备，加载镜像文献

iv.启动虚拟机，调整系统设置，并启动服务。

•半自动迁移：运用专业工具辅助P2V日勺迁移，把某些手动环节进行刍动

化。例如将物理机的磁盘数据转换成虚拟机格式，这历来是相称耗时日勺

工作，你可以选择专业的工具来完毕这个环节。这里有大量的工具可以

使用，如RedHat的开源工具virt-p2v,MicrosoftVirtualServer

MigrationToolkit等。

•P2V热迁移：迁移中防止宕机。大部分P2V工具也有一种很大H勺限

制：在整个迁移过程中，物理机不可用。在运行关键任务日勺环境或有

SLA(服务水平协议)的地方，这种工具不可选。幸运的是伴随P2V技

术的I发展，VMwarevCenterConverter和MicrosoftHyper-V已经可

以提供热迁移功能，防止宕机。目前，P2V热迁移仅在Windows物理服

务器可用，未来将添加对Linux/、J支持。

虚拟机到虚拟机队J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

一样的虚拟硬件。虚拟机从一种物理机上的VMM迁移到另一种物理机日勺VMM,

这两个VMM日勺类型可以相似，也可以不一样。如VMware迁移到KVM,KVM

迁移到KVMo可以通过多种方式将虚拟机从一种VMHost系统移动到另一种

VMHost系统。

V2V离线迁移

离线迁移(offlinemigration)：也叫做常规迁移、静态迁移。在迁移之前将

虚拟机暂停，假如共享存储，则只拷贝系统状态至目H勺主机，最终在目的主机

重建虚拟机状态，恢复执行。假如使用当地存储，则需要同步拷贝虚拟机镜像

和状态到目日勺主机。到这种方式日勺迁移过程需要显示日勺停止虚拟机的运行。从

顾客角度看，有明确日勺一段服务不可用的时间。这种迁移方式简朴易行，合用

于对服务可用性规定不严格日勺场所。

V2V在线迁移

在线迁移(onlinemigration)：又称为实时迁移(livemigration)o是指在

保证虚拟机上服务正常运行日勺同步，虚拟机在不一样日勺物理主机之间进行迁

移，其逻辑环节与离线迁移几乎完全一致。不一样的是，为了保证迁移过程中

虚拟机服务H勺可用，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，目的主机已经具有了运行系统的必

须资源，通过一种非常短暂口勺切换，源主机将控制权转移到目的主机，服务在

目日勺主机上继续运行。对于服务自身而言，由于切换H勺时间非常短暂，顾客感

觉不到服务的中断，因而迁移过程对顾客是透明的。在线迁移合用于对服务可

用性规定很高的场景。

目前主流的在线迁移工具，如VMware『、JVMotion,XEN『、JxenMotion,都规

定物理机之间采用SAN(storageareanetwork),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，从而获得很好日勺迁移性能。

此外，在某些没有使用共享存储的场所，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

需要同步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。不过他

使得在采用分散式当地存储的环境下，仍然可以运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I可用性，扩展了虚拟机在线迁移日勺应

用范围。V2V在线迁移技术消除了软硬件有关性，是进行软硬件系统升级，维

护等管理操作的有力工具。

V2V内存迁移技术

对于VM的内存状态的迁移，XEN和KVM都采用了主流时日勺预拷贝(pre-

copy)的方略。迁移开始之后，源主机VM仍在运行，目的主机VM尚未启

动。迁移通过一种循环，将源主机VM的内存数据发送至目的主机VMo循环第

一轮发送所有内存页数据，接下来的每一轮循环发送上一轮预拷贝过程中被VM

写过的脏页内存dirtypageso直届时机成熟，预拷贝循环结束，进入停机拷

贝阶段，源主机被挂起，不再有内存更新。最终一轮循环中H勺脏页被传播至目

的主机VMo预拷贝机制极大欧J减少了停机拷贝阶段需要传播的内存数据量，从

而将停机时间大大缩小。

然而，对于更新速度非常快的内存部分，每次循环过程都会变脏，需要反复

pre-copy,同步也导致循环次数非常多，迁移的时间变长。针对这种状况，KVM

虚拟机建立了三个原则：集中原则，一种循环内口勺dirtypages不大于等于

50；不扩散原则，一种循环内传播dirtypages少于新产生欧I；有限循环

原则，循环次数必须少于30o在实现上，就是采用了如下措施：

•有限循环：循环次数和效果受到控制，对每轮pre-copy日勺效果进行计

算，若pre-copy对于减少不一致内存数量的效果不明显，或者循环次

数超过了上限，循环将中断，进入停机拷贝阶段。

•在被迁移VM的内核设置-一种内存访问『'J监控模块。在内存pre-copy

过程中，VM的一种进程在一种被调度运行的期间，被限制最多执行40

次内存写操作。这个措施直接限制了pre-copy过程中内存变脏的速

度，其代价是本VM上的进程运行进行了一定日勺限制。

KVM的I预拷贝在线迁移过程详解：

1.系统验证目的服务器的存储器和网络设置与否对的，并预保留目的服务

器虚拟机的资源。

图1.源服务器和目的服务器简图

0

2.当虚拟机还在源服务器上运转时，第一种循环内将所有内存镜像复制到

目的服务器上。在这个过程中，KVM仍然会监视内存的任何变化。

图2.内存镜像复制示意图

0

3.后来口勺循环中，检查上一种循环中内存与否发生了变化。假如发生了变

化，那么VMM会将发生变化的内存页即dirtypages重新复制到目H勺

服务器中，并覆盖掉先前日勺内存页。在这个阶段，VMM仍然会继续监视

内存日勺变化状况。

图3.进行有变化的内存复制

S

4.VMM会持续这样日勺内存复制循环。伴随循环次数的I增长，所需要复制的I

dirtypages就会明显减少，而复制所花费的时间就会逐渐变短，那么

内存就有也许没有足够的时间发生变化。最终，当源服务器与目的服务

器之间的差异到达一定原则时，内存复制操作才会结束，同步暂停源系

统。

图4.所需复制的数据在减少

S

5.在源系统和目的系统都停机的状况下，将最终一种循环的dirlys

和源系统设备的工作状态复制到目的服务器。

图5.状态信息的复制

S

6.然后，将存储从源系统上解锁，并锁定在三的系统上。启动目日勺服务

器，并与存储资源和网络资源相连接。

图6•停止源服务器，启动目的服务器

S

Virtual-to-Physical虚拟机到物理机日勺迁移

V2P指把一种操作系统、应用程序和数据从一种虚拟机中迁移到物理机的主硬

盘上，是P2V时逆操作。它可以同步迁移虚拟机系统到一台或多台物理机上。

尽管虚拟化日勺基本需求是整合物理机到虚拟机中，但这并不是虚拟化日勺唯一日勺

应用。例如有时虚拟机上日勺应用程序日勺问题需要在物理机上验证，以排除虚拟

环境带来的影响。此外，配置新H勺工作站是件令IT管理者头痛H勺事情，但虚

拟化的应用可以协助他处理这个难题。先配置好虚拟机，然后运用硬盘克隆工

具复制数据至工作站硬件,例如赛门铁克的ISave&Restore（Ghost）<,不过这

种克隆措施有两个局限：一种镜像只能运用在同种硬件配置H勺机器上；要想保

留配置H勺修改，只能重做新H勺镜像。

V2P的迁移可以通过确定目的的物理环境来手动完毕，如把一种特定口勺硬盘加

载到虚拟系统中，然后在虚拟环境中安装操作系统、应用程序和数据，最终手

动修改系统配置和驱动程序。这是一种乏味且不确定口勺过程，尤其是在新日勺环

境比旧H勺环境包括更多大量不一样的硬件的状况下。为了简化操作，我们可以

运用专门的迁移工具以自动的方式来完毕部分或所有迁移工作。目前支持V2P

转换的工具有PlateSpinMigrate和EMCHomeBaseo使用这样日勺工具使得

V2P转换过程更简易，并且比使用第三方磁盘镜像工具更快捷。

V2P迁移措施

V2P的不确定性导致自动化工具不多，目前重要有如下几种处理方案：

•VMware官方推荐的是使用Ghost+sysprep来实现半自动化的）迁移。

•基于备份和恢复操作系统日勺处理方案。这个方案运用了现成的系统备份

恢复工具，没有体现虚拟机和物理机的差异，类似于P2P（Physical-

to-Physical物理机到物理机迁移）。注意备份工具可以恢复系统到异

构硬件平台上。

•开源工具『9处理方案。适合Linux/Unix系统，使用开源工具和脚本,

手动迁移系统。这个方案难度较大，适合有经验的管理员。

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Linux系统在虚拟机过移中日勺技术难点

一般我们期望虚拟机的迁移可以所有自动化或者部分自动化完毕，但实际上

Linux系统在P2V和V2V的迁移中也许碰到某些困难。本节列举了Linux迁

移中需要注意的地方。

a.磁盘分区名被硬编码。当我们做磁盘虚拟化时，也许会使用不一

样类型的虚拟磁盘设备，这将会导致磁盘名字H勺变化。例如Xen

虚拟机中日勺半虚拟化设备使用/dev/xvda而原则日勺Linux半虚

拟化设备使用/dev/vda。准备迁移的Linux系统中存在对

/dev/hdx和/dev/sd*磁盘分区名分散日勺关联，例如在

/etc/fstab文献，启动初始化文献系统ramfs和某些解析磁盘

设备的开机启动脚本文献中。V2V迁移工具需要在整个磁盘上查

找并修改这些关联。有一种简朴的措施来防止这种状况：Linux

系统上主流的文献系统和互换分区类型可以使用Lables或UUID

作为分区名。迁移时这些信息是被重点保护日勺，系统应当小心使

用这些信息，一定不要使用设备作为分区名。此外，LVM分区名

和设备无关，在迁移中也不受影响。

b.网络硬件设备的变化。当系统迁移时，网络设备很也许产生变

化。例如虚拟网络设备和物理网络设备口勺转化或者不一样类型的

网络设备之间口勺转变。不过是他们H勺MAC地址没有变化。MAC地

址是IEEE分派给物理设备制造商日勺，两个物理设备不会有相似

的MAC地址；然而虚拟网络设备也许出现这种状况。因此在做虚

拟机迁移时，你必须记录每一种网络设备的MAC地址，保证MAC

地址和网络设备的对应关系。

c.内核不支持某些虚拟设备。某些Linux发行版没有virtio虚拟

设备的驱动，也许是由于Linux发行版早于虚拟设备公布了；或

者虚拟设备的驱动是闭源口勺；或者是在系统编译时去掉了。因

此，有时我们此外需要一种完全不一样H勺内核（例如Xen初期的

版本就是这样日勺）。无论怎样，在客户机上安装一种新H勺内核并

且使之可以启动是一种很大的冒险，最佳防止这样做。

d.Xwindow需要重新配置。与磁盘、网络设备同样，系统迁移后显

示设备也会变化。理想日勺状况是Xwindow会自动处理这个的变

化，探测所有的显示设备并且使用它发现的第一种设备。不过这

不意味着所有的Linux发行版都会以这种方式工作。

e.网络环境的变化。静态TP地址和静态DNS解析在虚拟机迁格中

是一种麻烦的事情。尽管不是必须日勺，不过最佳配置系统从

DHCP服务器自动获得所有的网络配置信息。

f.CPU的扩展指令集发生变化。迁移后的系统中，新日勺虚拟CPU或

主板和旧日勺会有某些不一样。CPU的扩展指令集如SSE,Vectors,

NX也许被加入或去掉。CPU日勺型号和制造商信息也许被变化。因

此，假如你想要优化虚拟系统上的软件，这也许是挥霍时间并且

导致系统瓦解。最佳是使用通用的软件，让程序在每次启动的时

候检查运行环境和与否需要优化。实际上，实时迁移的状况比这

个还要复杂，由于处理器也许在程序的运行日勺过程中被变化。目

前为止还没有一种方案能很好H勺处理这个问题。

如你所见，P2V和V2V最大的问题在于硬件的变化。Linux发行版自身应当可

以处理所有口勺硬件变化：在系统启动的时候去检查所有的硬件，操作系统内核

识别新H勺设备并寻找新H勺驱动处理它们，所有应用软件都不要和硬件绑定，设

计一种很好日勺模式来应对忽然的环境变化。

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目前流行的虚拟机软件日勺迁移特性简介

P2V迁移工具

虚拟机所展现出来的虚拟硬件一般与原始服务器上的物理硬件不一样。P2V迁

移工具是这样处理这个问题的：

•VMwarevCenterConverter：支持从诸如物理机、VMware和Microsoft

虚拟机格式以及某些第三方磁盘映像格式H勺源进行转换。他替代了旧时

迁移工具VMwareWorkstationImporter和VMwareP2VAssistanto

VMwarevCenterConverter可以支持和识别大多数服务器硬件类型。

VMwarevCenterConverter提供如下两种克隆机制:热克隆（实时迁

移）和冷克隆（使用BootCD的克隆）。使用热克隆时，VMware

vCenterConverter直接与源物理机上运行的操作系统通信，因此没有

直接日勺硬件级别依赖性；使用冷克隆时，VMwarevCenterConverter

BootCD提供一种可支持最新硬件的IWindowsPE引导环境，因此可以识

别大多数物理服务器系统硬件。目前只支持基于MicrosoftWindows欧J

物理机迁移。

•XenConvert：是XenServer物理机到虚拟机『、J迁移工具。不仅可以迁移

Window物理机到XenServer管理欢）虚拟机，并且可以导入VMware虚

拟机VMDK格式和0VF包。

•VirtualMachineManager2023:提供基于任务的向导，将自动执行大

部分转换过程，以此来简化P2V转换。由于可通过编写脚本来完毕P2V

转换过程，因此可以通过WindowsPowerShell命令行进行大规模日勺

P2V转换。VMM2023同步支持联机转换和脱机转换。

•SymantecGhost：制作镜像文献和把镜像文献恢复到虚拟机。用来把需

要迁移的服务器的硬盘通过网络做成镜像文献，然后通过网络把镜像文

献恢复到虚拟机。

•Virt-p2v：RedHat日勺开源迁移工具。

V2V迁移工具

支持V2V迁移是虚拟机的管理工具的重要功能，因此多种虚拟化软件都提供了

实现V2V迁移的模块或工具。V2V在线迁移大大的减少了虚拟机的迁移的停机

时间。这使动态迁移成了顾客在需要不间断工作时迁移虚拟机的首选。一般的

在线迁移方案，是虚拟机使用共享存储，迁移时只拷贝虚拟机的内存。原理参

见前面日勺小节“V2V内存迁移技术”o

VMwareVMotion

VMware欧I在线迁移是由VMotion这个组件实现H勺。Vmotion的I实时处理方案

的特点是有其自己『、JClusterFileSystem:VMFS,此外也支持NFS。Vmotion

把整个虚拟机包括其完整状态封装在几种文献中，寄存在SAN/NAS等共享存储

中。迁移的过程是把内存和运行状态通过高速网从源复制到目的。

CitrixXenMotion

XenMotion是XenServer的一项功能，可以将正在运行1向虚拟机从一台

XenServer主机上迁移到此外一台，而不带有停机的危险。这就意味着在整个

迁移过程中，被移动的虚拟机在任意时刻都可以访问。XenMotion的重要日日勺

是在某台服务器进行计划维修时，使终端顾客察觉不到应用程序出现过极短暂

的中断，令整个服务过程正常顺畅。

MicrosoftHyper-V

微软的Hyper-V从2.0开始支持了动态迁移技术。运用Hyper-V动态迁移，

在不中断任何服务或者不容许停机的前提下，将一种运行中H勺虚拟机从一种

Hyper-V物理主机移动到此外一种上而，通过预复制迁移的虚拟机中日勺内存到

目的主机。管理员或者脚本在启动动态迁移日勺时候控制选择本次迁移H勺目的计

算机，客户使用被迁移系统时是不会感觉到迁移在进行的。

QEMU-KVM/Libvirt

内核虚拟机KVM技术日勺原创企业Qumranet在2023年被RedHat收购后来,

得到了全面迅速日勺发展。在2023年公布的IRedhatEnterpriseLinux5.4全

面支持了KVM虚拟机，其中已经包括了离线迁移和在线迁移的）技术。2023年

公布的RedhatEnterpriseLinux5.5和SuseLinuxEnterpriseServer11

ServicePack1中集成了图形化『、JKVM虚拟机管理工具virl-manager,使虚

拟机的迁移愈加直观和方面。在本系列文章H勺下一篇中将详细简介怎样迁移

KVM虚拟机。

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自动化迁移日勺未来

目前许多企业都已将包括CPU、内存、1/0、存储、网络在内的数据中心设备进

行了虚拟化，怎样更好管理和运用这些虚拟日勺和物理口勺资源，已经成为数据中

心异构虚拟化时期急需处理的问题。P2V迁移工具使物理资源虚拟化、数据中

心转移愈加简朴；V2V迁移工具使虚拟资源到达最优化配置；而V2P迁移工具

可以迅速布署虚拟机到物理机。在不远日勺未来，P2V/V2P/V2V工具都会失去原

有的意义，所有功能的实现都集成到一种智能化、自动化、自治化数据中心的

优化系统中去。高度自动化欧I监测模块将24小时扫描整个数据中心，寻找过

载和闲赋的虚拟机；规划模块根据监测汇