陳立秀

【摘 要】 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，對于大數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)需要有效的手段與技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。分布式服務(wù)器的數(shù)據(jù)管理，可以通過計(jì)算熱遷移來實(shí)現(xiàn)，但問題是計(jì)算熱遷移僅僅是在主機(jī)之間為虛擬機(jī)提供計(jì)算資源（CPU、內(nèi)存、I/O）的切換，這對于虛擬機(jī)管理員手工平衡計(jì)算資源有很大的幫助，可是計(jì)算熱遷移對虛擬機(jī)的存儲位置的切換并沒有任何的作用，因?yàn)橛?jì)算熱遷移不會改變虛擬機(jī)的存儲位置。如果用戶環(huán)境需要對存儲設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，或者當(dāng)前存儲設(shè)備無法滿足虛擬機(jī)的虛擬硬盤的容量，那么就需要將虛擬機(jī)的存儲位置進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而且虛擬機(jī)在轉(zhuǎn)移的過程中要能保持伺服狀態(tài)。對此可以通過存儲熱遷移或者計(jì)算存儲合并遷移來實(shí)現(xiàn)，還可以通過SDRS（Storage Distributed Resource Scheduler）存儲分布式資源平衡計(jì)劃來自動感知當(dāng)前用戶的存儲現(xiàn)象，并且給出遷移建議或者直接遷移。

【關(guān)鍵詞】 虛擬機(jī)；計(jì)算；存儲；熱遷移；SDRS

隨著大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，服務(wù)器虛擬化技術(shù)也顯得尤為重要，而虛擬機(jī)的“熱遷移”技術(shù)又是虛擬化技術(shù)中的熱點(diǎn)。虛擬機(jī)的熱遷移是指對處于開機(jī)狀態(tài)的虛擬機(jī)執(zhí)行實(shí)時遷移，也就是在保持業(yè)務(wù)不中斷的情況下將虛擬機(jī)從一臺物理主機(jī)遷移到另一臺物理主機(jī)。虛擬化管理員不能在不同數(shù)據(jù)中心之間執(zhí)行熱遷移，共享存儲（包括分布式存儲）是熱遷移的前提條件。計(jì)算熱遷移技術(shù)是在主機(jī)之間為虛擬機(jī)提供計(jì)算資源的切換，無論用戶將虛擬機(jī)的計(jì)算資源移向何處，存儲位置都不會發(fā)生改變。有時候用戶并不希望切換計(jì)算資源的主機(jī)，只希望切換存儲位置，或者希望計(jì)算資源及存儲位置同時切換，為了滿足這個要求，可以使用存儲熱遷移，讓虛擬機(jī)在保持伺服的狀態(tài)下以及不改變計(jì)算資源的前提下從一個位置切換到另一個位置?？梢允褂糜?jì)算和存儲合并遷移的方式來脫離共享存儲基礎(chǔ)設(shè)施前提的計(jì)算和存儲資源的切換。通過數(shù)據(jù)群集，SDRS存儲分布式資源平衡計(jì)劃自動感知當(dāng)前用戶的存儲現(xiàn)象，給出遷移建議或者直接遷移。

一、存儲熱遷移的基本原理

首先存儲熱遷移會將虛擬機(jī)的NVRAM、VMX、VMkernel交換文件、日志文件、快照文件等從原存儲位置復(fù)制到新的存儲位置，但此時并沒有復(fù)制虛擬硬盤中的VMDK文件。然后在目標(biāo)存儲設(shè)備上啟動一個虛擬機(jī)的影子（也叫映像），創(chuàng)建一張子磁盤（也叫鏡像磁盤），子磁盤的作用是在同步存儲熱遷移發(fā)生過程中實(shí)現(xiàn)源和目標(biāo)存儲設(shè)備之間的I/O操作。換言之，存儲熱遷移發(fā)生時，對虛擬機(jī)磁盤的操作都將被寫入到子磁盤中，這就可以最大限度地確保存儲熱遷移發(fā)生時的I/O操作不被丟失。再然后存儲熱遷移將虛擬機(jī)的虛擬磁盤文件VMDK（暫可稱為父磁盤），從源存儲設(shè)備復(fù)制到目標(biāo)存儲設(shè)備，當(dāng)父磁盤（原始VMDK）復(fù)制完成之后，再將父磁盤（原始VMDK）和子磁盤（鏡像磁盤）關(guān)聯(lián)并整合為新的VMDK文件。將控制權(quán)以非常迅速的方式移交給目標(biāo)存儲設(shè)備之上的影子虛擬機(jī)，注意這個過程非常的快速，幾乎在幾秒鐘內(nèi)完成，不會對伺服業(yè)務(wù)造成過大的影響，很多時候用戶幾乎感知不到。最后整個存儲熱遷移完成之后，將從源存儲設(shè)備中刪除虛擬機(jī)文件。

二、虛擬機(jī)存儲熱遷移的實(shí)施

（一）實(shí)施目標(biāo)

確認(rèn)虛擬機(jī)的配置文件和VMDK在共享存儲中，虛擬機(jī)正在使用ESXi-E的計(jì)算資源，對共享存儲中的虛擬機(jī)及VMDK存儲熱遷移到ESXi-E的本地存儲中。

（二）實(shí)施環(huán)境

實(shí)施環(huán)境如下圖所示，當(dāng)前虛擬機(jī)的配置文件及VMDK存放在共享存儲中，計(jì)算資源在ESXi-E（192.168.199.5）之上。由于當(dāng)前用戶環(huán)境需要對共享存儲進(jìn)行維護(hù)，所以需要將原本存儲在共享存儲中的虛擬機(jī)配置文件及VMDK執(zhí)行存儲熱遷移到ESXi-E的本地存儲中，在這個存儲熱遷移的過程中，虛擬機(jī)要保持伺服狀態(tài)并維持I/O的持續(xù)操作。

（三）實(shí)施步驟

首先用戶確認(rèn)當(dāng)前虛擬機(jī)的各項(xiàng)配置文件和VMDK文件存儲在一個名為Datastore-iSCSI-SAN的共享存儲中，而且正在使用ESXi-E（192.168.199.5）的計(jì)算資源。

選擇需要執(zhí)行存儲熱遷移的虛擬機(jī)，然后點(diǎn)擊遷移，在出現(xiàn)的更改數(shù)據(jù)存儲選項(xiàng)中，將虛擬機(jī)配置文件及VMDK遷移到ESXi-E的本地存儲Datastore-ESXi-E中，完成上述配置之后，可以看到遷移進(jìn)度條。完成存儲熱遷移之后，用戶可以在ESXi-E的本地存儲Datastore-ESXi-E中確認(rèn)存儲遷移的情況，而且在這個過程中虛擬機(jī)是一直處于伺服狀態(tài)的，并且伺服沒有中斷。

三、虛擬機(jī)的計(jì)算和存儲同時熱遷移

（一）虛擬機(jī)的計(jì)算和存儲同時熱遷移工作原理

在VMware vSphere5.1開始以及之后版本，允許對虛擬機(jī)同時執(zhí)行計(jì)算和存儲的熱遷移，也就是將計(jì)算熱遷移和存儲熱遷移的兩個功能合并。這種合并的熱遷移最大的優(yōu)勢在于可以形成一種無共享存儲設(shè)備的熱遷移，集中體現(xiàn)計(jì)算熱遷移和存儲熱遷移的共同優(yōu)勢。一般而言這種合組方式的熱遷移只需要用戶兩臺主機(jī)處于相同的二層或者大二層即可。

值得注意的是，要對虛擬機(jī)執(zhí)行計(jì)算和存儲執(zhí)行熱遷移功能（合并遷移）的配置時，必須使用vSphere Web Client登錄vCenter，而不能使用vSphere Client完成配置，因?yàn)関Sphere Client不支持合并遷移的功能。

在執(zhí)行合并熱遷移過程中，被首先復(fù)制的是熱遷移的存儲流量，待存儲流量復(fù)制完成之后，才開始復(fù)制計(jì)算流量（內(nèi)存流量），換言之，合并熱遷移首先發(fā)生的是存儲熱遷移，然后才是計(jì)算熱遷移。存在這種先后順序的原因是存儲遷移中的虛擬硬盤比內(nèi)存的體積要大很多，速度較慢，所以存儲熱遷移的時間要比計(jì)算熱遷移更長，然而內(nèi)存變化的頻率會比虛擬硬盤變化的頻率更高，如果在合并遷移過程中首先去執(zhí)行計(jì)算熱遷移，那么內(nèi)存位圖文件在等待存儲熱遷移完成的過程中，會變得非?！坝纺[”。所以在合并熱遷移的架構(gòu)設(shè)計(jì)上采取先存儲遷移再計(jì)算遷移的原則。

（二）虛擬機(jī)的計(jì)算和存儲同時熱遷移實(shí)施

1. 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

確定虛擬機(jī)的配置文件和VMDK及計(jì)算資源都在ESXi-E（192.168.199.5）之上，將虛擬機(jī)在ESXi-E上的存儲資源和計(jì)算資源全部熱遷移到ESXi-D中。

2. 實(shí)施步驟

首先要確認(rèn)當(dāng)前虛擬機(jī)的計(jì)算資源和存儲資源都在物理主機(jī)ESXi-E之上，然后選擇需要執(zhí)行合并遷移的虛擬機(jī)，選擇點(diǎn)擊遷移，再選擇更改主機(jī)和數(shù)據(jù)存儲；緊接著選擇遷移的目標(biāo)資源，在該環(huán)境中請選擇“Cluster”群集；進(jìn)一步選擇要遷移的目標(biāo)主機(jī)ESXi-D（192.168.199.4）；再選擇目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲，可將Datastore-ESXi-D-Local的數(shù)據(jù)存儲作為目標(biāo)存儲，選擇最優(yōu)vMotion性能預(yù)留CPU，這就意味著如果目標(biāo)主機(jī)沒有足夠的CPU資源供立即使用，那么vMotion將不會啟動。完成上述過程之后，會看到合并熱遷移的執(zhí)行進(jìn)度條，當(dāng)進(jìn)度條完成時，整個合并熱遷移即完成。

四、SDRS資源平衡計(jì)劃

（一）數(shù)據(jù)存儲群集

數(shù)據(jù)存儲群集是具備相似屬性的多個數(shù)據(jù)存儲的集合，也叫作對數(shù)據(jù)存儲的池化，在聚合的存儲資源上，它們共享資源和管理接口，以實(shí)現(xiàn)空間資源平衡、I/O延遲平衡、親合性和反親和規(guī)則等高級功能等。

（二）存儲資源分布式平衡計(jì)劃——SDRS（Storage Distributed Resource Scheduler）

云數(shù)據(jù)中心的大量存儲資源可能具備不同的存儲容量、不同的I/O負(fù)載，因此管理人工來決策虛擬機(jī)的初始存儲位置，以及后期的資源平衡是一個非常頭痛的事情。這就需要一種能自動平衡存儲資源，決策虛擬機(jī)存儲位置的功能，毫無疑問存儲DRS（簡稱SRDS）是最佳選擇。

SDRS必須基于數(shù)據(jù)存儲群集建立，SDRS要能根據(jù)數(shù)據(jù)存儲群集中的不同數(shù)據(jù)存儲的空間情況、I/O延遲、親和性和反親和性規(guī)則來自動決策虛擬機(jī)的存放位置以及后期的資源平衡計(jì)劃。在初始決策虛擬機(jī)的存放位置時，SDRS會對數(shù)據(jù)存儲群集中所有數(shù)據(jù)存儲執(zhí)行SRDS算法，然后給出建議或者直接將虛擬機(jī)自動地存放相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲之上，通常SDRS給出的這個建議和執(zhí)行的平衡行為是根據(jù)一系列的條件制訂的最佳方案。

SDRS如何去決策虛擬機(jī)初始放置的位置，以及何時做出遷移或者給出遷移建議？

SDRS主要依賴兩個關(guān)鍵因素來決策虛擬機(jī)初始放置的位置以及后繼的平衡方式與建議。這兩個關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)存儲空間的使用率和數(shù)據(jù)存儲的I/O負(fù)載情況。

已用空間：當(dāng)某個數(shù)據(jù)存儲的空間使用率達(dá)到該設(shè)定值時，SDRS便執(zhí)行存儲遷移或者給出遷移的建議，最終是遷移還是僅給出遷移的建議，取決于SDRS的模式（是全自動還是非自動）。該參數(shù)的默認(rèn)值是80%，比如當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲上有一臺虛擬機(jī)，該虛擬機(jī)的虛擬硬盤隨著業(yè)務(wù)伺服的持續(xù)，將逐步變大，如果存放該虛擬機(jī)及虛擬硬盤的數(shù)據(jù)存儲空間已經(jīng)被使用了80%，此時如SRDS果使用的是全自動模式，那么它將會把該虛擬機(jī)直接遷移到數(shù)據(jù)存儲群集中的另一個數(shù)據(jù)存儲中，如果SDRS使用的是非自動模式，那么它會給用戶提供遷移建議，但是不會自動完成存儲遷移。

I/O泄后時間主要是為了避免I/O瓶頸，設(shè)定一個關(guān)于I/O延遲的值，如果某個數(shù)據(jù)存儲上虛擬機(jī)的I/O延遲超大于了設(shè)定值，那么SDRS則會執(zhí)行存儲遷移或者給出存儲遷移的建議，將虛擬機(jī)的存儲遷移到時一個低于I/O泄后時間的數(shù)據(jù)存儲之上，到底是執(zhí)行存儲遷移還是僅給出建議，這取決于SDRS的模式。

五、小結(jié)

通過虛擬機(jī)的存儲熱遷移的基本工作原理、注意事項(xiàng)、計(jì)算和存儲，以及熱遷移的工作原理，分析了不同的合并熱遷移的典型場景、數(shù)據(jù)存儲群集、存儲資源分布式平衡計(jì)劃-人工平衡和全自動化等，對于大數(shù)據(jù)的熱遷移實(shí)現(xiàn)了較好的效果。

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