CN104866372A - 一种面向服务器整合的高效物理机到虚拟机转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向服务器整合的高效物理机到虚拟机(P2V)转换方法，该方法能够最小化P2V转换过程中的失效时间，包括：(1)设计了本地P2V转换方法，通过配置对应的虚拟钥匙将物理服务器转换为一台本地虚拟服务器。该本地虚拟服务器共享源物理服务器的底层硬件资源，并且避免了传统P2V转换方法中耗时的磁盘拷贝和同步过程。(2)磁盘同步模块，在远程虚拟化平台上初始化一个虚拟机镜像，该镜像和本地虚拟服务器的镜像保持同步。在本地虚拟机运行的过程中进行磁盘复制，并且在磁盘复制的过程中完成隐式的磁盘同步，这个过程不会带来服务失效时间。(3)虚拟机的迁移模块，通过虚拟机的在线迁移，可以最小化对本地虚拟机的影响。

Description

一种面向服务器整合的高效物理机到虚拟机转换方法

技术领域

本发明属于计算机领域的虚拟化与云计算，具体涉及一种面向服务器整合的物理机到虚拟机转换(Physical To Virtual Converting,P2V)方法。

背景技术

在数据中心中使用虚拟化和云计算技术，可以提高物理服务器的使用率，在降低管理和维护的成本的同时节省能耗开销。随着云计算技术的发展和普及，越来越多的应用运行于虚拟机之中。然而，目前仍然有一些遗留的应用程序部署在物理机之中，这些应用程序还不能利用虚拟化和云计算的便利。如何有效的把包含应用程序的物理服务器转换到虚拟化平台之中，成为了一个具有挑战性的问题。

物理机到虚拟机(P2V)转化方法可以实现把物理服务器整合到虚拟平台中的虚拟机中，从而实现P2V的转换过程。实现P2V的转化可以有多种不同的方法。其中一个最直观的方式是在虚拟化平台中创建一台虚拟机，安装操作系统和应用程序，之后把源物理机中的数据拷贝到虚拟机之中，从而完成P2V转化。但是这种直观的方式需要复杂的人工操作并且和具体的应用相关，因此在现实的数据中心中可行性不高。另外一个被广泛使用的方式首先关闭源物理机，然后拷贝和转换源物理机的磁盘到一个虚拟磁盘之中，进而通过虚拟磁盘启动虚拟机完成P2V转换。这种转换方式被称为离线的P2V转换，Red Hat Physical-to-Virtual solution使用的就是这种方式。但是由于在离线的P2V转换中，物理机始终处于关闭状态，这种转换方式会带来巨大的服务失效时间。还有一种被称为在线P2V转换的方式可以在保持物理机开机运行的情况下完成物理机磁盘到虚拟磁盘的拷贝和转换，其中VMware vCenter Converter Standalone是一个使用在线P2V转化的例子。由于在线P2V转换过程中，物理机中的服务在运行的过程中产生新的数据，在线P2V转换需要一个显式的磁盘同步过程，这个过程需要停止运行的服务，同样会带来大量的服务失效时间。

发明内容

通过对目前P2V转换方法的分析，离线转换方法的服务失效时间主要由于在磁盘拷贝过程中物理机处于关机状态；而在线转换方法的服务失效时间主要取决于显式的磁盘同步过程。

针对目前P2V转换过程中存在服务失效时间过长的缺陷，本发明提供了一种能够最小化服务失效时间的高效P2V转换方法。在本地P2V的过程中避开传统方式耗时的磁盘拷贝阶段，实现将物理机快速转换成为一台共享源物理机硬件资源的虚拟机。相对于传统的P2V转换方式，本地P2V方法就有如下特色。其一，由于避开了传统转换过程中的磁盘拷贝阶段，本地P2V能够快速完成；其二，在虚拟化技术的支持下，本地物理机中的服务运行于本地虚拟机之中，从而可以在本地虚拟机运行的同时对本地虚拟机中的数据进行拷贝和同步，使磁盘拷贝和同步过程在时间上重叠实现在磁盘拷贝过程中完成隐式磁盘同步的过程，最小化对运行服务的影响。

本发明提出的方法包括如下步骤：

1、本地P2V步骤。在源物理机的USB接口中插入虚拟化钥匙，重新启动物理机设置为从USB启动，可以将源物理机转换成为一台本地虚拟机。本地P2V模块主要包括虚拟化钥匙的配置、虚拟化平台的建立以及启动本地虚拟机的过程。其中虚拟化钥匙配置包括如下子步骤：

2、磁盘同步步骤。本地P2V步骤之后，需要在远程虚拟化平台初始化一个磁盘镜像文件，进而将本地虚拟机迁移到远程虚拟化平台。本地虚拟机运行的同时进行磁盘拷贝和同步操作，在磁盘拷贝的过程中，实现隐式的磁盘同步。在磁盘同步过程中，本地虚拟机运行的服务不需要停止。

3、虚拟机迁移步骤。启动虚拟机的在线迁移进程，将本地虚拟机迁移入远程虚拟化平台，完成最终的P2V转换。在虚拟机迁移的过程中，运行的服务只有很短暂的停止。

步骤1中本地虚拟机基于源物理机的磁盘和虚拟钥匙中虚拟化环境提供的虚拟硬件和驱动，一台源物理机转换成为了一台本地的虚拟机。除去虚拟环境占用的硬件资源外，本地虚拟机独享剩余的资源，因此本地虚拟机性能不会受到太大影响。

步骤2中需要在远程虚拟化平台初始化生成一个虚拟磁盘镜像，这个镜像文件需要和本地虚拟机的虚拟镜像保持同步。如附图6所示，这个步 骤需要处理不同镜像格式之间的同步，包括本地虚拟机使用的整个磁盘、本地虚拟机使用的磁盘分区和远程封装的镜像文件。回环设备是一种现有的应用方法，可以通过普通文件虚拟磁盘块设备，进而将对物理磁盘的读写操作重定向到普通文件。本发明在这里通过创建回环设备处理不同类型镜像之间的拷贝和同步问题。和传统的在线P2V方案不同的是在步骤2中，由于本地虚拟机运行于Xen虚拟化(一种常用的开放源代码的虚拟化技术)环境中，可以使用Xen虚拟化技术与DRBD软件(Distributed Replicated Block Device,分布式块设备拷贝软件)来实现在虚拟机运行的同时完成磁盘拷贝和同步，进而消除在线P2V中的显式磁盘同步带来的服务失效时间。

步骤3为虚拟机的迁移过程。将本地虚拟机迁移到远程虚拟化平台时候，可以使用不同的迁移方式。虚拟机的在线迁移方式是一种目前虚拟化平台中的常用方法，可以减少这个过程的服务失效时间。虚拟机在线迁移在虚拟机运行时候周期性地拷贝虚拟机内存到远程虚拟化平台，每一次拷贝周期中虚拟机管理器都会跟踪记录本地虚拟机中修改的内存页面，相应修改的内容被压缩后拷贝到迁移目的端。进行若干次周期拷贝之后，运行的虚拟机的内存和远程虚拟化平台上拷贝得到的内存的差别逐渐减少，直至能够停止虚拟机并将最后有差别的部分同步到远程虚拟化平台，从而完成虚拟机的迁移过程。通过使用虚拟机的在线迁移可以减少对本地虚拟机中运行服务的影响。

下面分别通过在线P2V转换、离线P2V转换和本发明提出的面向服务器整合的高效P2V转换系统三种转换方式的流程示意图，来说明本发明在减少服务失效时间上的显著优势。

图1为使用Red Hat Physical-to-Virtual solution进行离线P2V转换的流程示意图，由于在离线的P2V转换中，物理机始终处于关闭状态，这种转换方式会带来巨大的服务失效时间。图2为使用VMware vCenter Converter Standalone进行在线P2V转换的流程示意图，其服务失效时间主要取决于显式磁盘同步过程以及虚拟机和服务启动过程。图3为本发明提出的面向服务器整合的高效P2V转换流程示意图，其服务失效时间主要存在于本地P2V阶段中的运行环境切换以及启动虚拟机和服务的过程。相比于传统的在线P2V方式，本发明提出的高效P2V转换系统首先在传统转换过程中磁盘拷贝阶段开始之前就快速完成本地P2V转换，之后在虚拟化技术的支持 下，结合DRBD软件在本地虚拟机运行的同时对本地虚拟机中的数据进行拷贝和同步，使磁盘拷贝和同步过程在时间上重叠实现在磁盘拷贝过程中完成隐式磁盘同步的过程，最小化对运行服务的影响。最后通过在线虚拟机迁移完成将本地物理服务器整合进入虚拟化平台之中。

本发明具有如下的特点：

1、最小化服务失效时间。在本发明中，服务只需要在本地P2V转换过程中短暂的停止，而在磁盘复制和隐式磁盘同步过程中并不存在服务失效时间。需要指出的是，虚拟机的在线迁移带来的服务失效时间是可以忽略的(仅仅是毫秒级)。因此，相比于传统的P2V转换，本发明提出的转换方法大大减少了服务失效时间。

2、通用性。本发明提出的转换方法可以使用于不同的操作系统，同时支持安装了Windows，Linux等不同操作系统的服务器的转换操作。

附图说明

图1为离线P2V转换流程示意图；

图2为在线P2V转换流程示意图；

图3为本发明面向服务器整合的高效P2V流程示意图；

图4为本发明面向服务器整合的高效物理机到虚拟机转换方法模块架构图；

图5为本地P2V转化的流程示意图；

图6为磁盘拷贝和隐式磁盘同步示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行更详细的说明。

为了便于说明具体实施方式，本发明首先解释下面几个术语。

源物理机：需要整合入虚拟化平台的物理机，物理机通常提供对外的服务。

本地虚拟机：经过本地P2V转换后生成的本地虚拟机，源物理机中的服务在本地虚拟机中运行。

虚拟化钥匙：我们把引导源物理机进入虚拟化环境并且包含完成整个P2V过程必要组件的可移动存储设备称之为虚拟化钥匙。任何可移动存储设备(如U盘，移动硬盘等)都可以被制作成为虚拟化钥匙。虚拟化钥匙主要制作过程包括在可移动存储设备中安装操作系统、安装Xen虚拟化平台软件、配置虚拟机运行参数(如虚拟CPU个数、内存大小、虚拟网络等)、安装DRBD磁盘复制和同步软件以及虚拟机迁移软件脚本等过程。

图4为本发明面向服务器整合的高效物理机到虚拟机转换方法的模块架构图。本发明所实现的最终目标是将物理服务器转换成为虚拟机，进而整合进入虚拟化平台。其中，多台物理服务器可以同时被转换，并且一个物理服务器可以多次转换为不同的虚拟机。

下面结合附图对上面3个模块进行进一步的说明。图5表示了步骤1中本地P2V转化的流程示意图，其具体过程如下：

1.判断是否已经拥有给定物理服务器的虚拟化钥匙，如果已经拥有，转步骤3。否则转步骤2准备虚拟化钥匙；

2.配置虚拟化钥匙。在移动设备(下面以U盘为例)中配置虚拟化环境；

(2.1)在可以移动设备中安装Linux操作系统和Xen虚拟化软件、磁盘复制和同步软件DRBD以及Xen虚拟化平台的虚拟机迁移软件，同时在本地虚拟化平台中使用brctl(Linux下网桥配置工具)工具包创建虚拟网桥， 进而建立虚拟网络并为虚拟机分配IP地址，使得源物理机能过通过虚拟网络正常提供服务；

(2.2)搜索源物理机磁盘上已经安装的操作系统，修改Xen提供的虚拟机配置文件实例中的虚拟机启动参数来生成本地虚拟机的启动配置文件；这个步骤会生成默认的虚拟机启动参数，如虚拟CPU个数，默认分配内存大小，默认分配IP地址等；

(2.3)如果使用默认生成虚拟机启动参数，即不需要自定义配置虚拟机资源，转步骤2.7；否则继续下面步骤；

(2.4)如果使用默认生成的网络环境，即不需要为源物理机配置新的网络，转步骤2.6；否则继续下面步骤；

(2.5)为源物理机配置新的网络环境，包括新的IP地址和子网掩码以及默认路由等，同时需要更新其中的服务的网络配置；

(2.6)修改默认生成的虚拟机配置文件，即不使用默认参数时，用户自己设置分配给本地虚拟机的CPU、内存等资源；

(2.7)对U盘进行步骤2.1至步骤2.6所有操作之后，这个U盘即成为虚拟化钥匙，至此完成虚拟化钥匙的配置；

3.在源物理机中的USB接口中插入虚拟化钥匙；

4.重启源物理机进入并且选择从虚拟化钥匙(可移动存储设备)启动，进入虚拟化环境；

5.基于源物理机磁盘作为本地虚拟机的启动镜像，同时结合虚拟化环境中的提供的虚拟硬件和驱动(如虚拟CPU、虚拟内存、虚拟网卡等)，启动本地虚拟机；

6.启动本地虚拟机中的服务，这个服务与源物理机中提供的服务相同；

7.完成本地P2V转换；

实例：

本发明中使用的环境配置如表1所示，其中使用到的虚拟化方式为Xen。

表1高效物理机到虚拟机转换方法的环境配置实例

转换实例的服务失效时间结果如表2所示，可以看出，相比传统的P2V转换方式，本发明大大减少了转换过程中的服务失效时间，是一种高效的P2V转换方法。

操作系统	传统方法	本发明
			Windows系统	940秒(在线方式)	83秒
Linux系统	5043秒(离线方式)	143秒

表2本发明和传统转换方式服务失效时间对比实例。

Claims (2)

1.一种面向服务器整合的物理机到虚拟机转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)本地物理机到本地虚拟机转换步骤：将本地物理机转换为一台本地虚拟机，该虚拟机共享本地物理机的硬件资源；本地物理机中运行的服务转换到本地虚拟机运行；

(2)本地虚拟机到远程镜像生成步骤：在本地虚拟机运行的同时，使用DRBD软件从本地磁盘向远程虚拟化平台传送本地磁盘数据，用于在远程虚拟化平台将所传送的磁盘数据以镜像文件形式存储，同步完成从本地磁盘到远程镜像文件的传送与生成；

(3)本地虚拟机迁移步骤：启动本地虚拟机的在线迁移过程，完成本地物理机到远程虚拟化平台虚拟机的转换过程。

2.根据权利要求1所述的物理机到虚拟机转换方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下子步骤：

(1)配置虚拟化钥匙，所述虚拟化钥匙为引导物理机进入虚拟化环境、并且包括完成本地物理机到本地虚拟机转换过程必要软件的可移动存储设备，包括如下过程：

(A)在可移动存储设备中安装Linux操作系统、Xen虚拟化软件、磁盘复制和同步软件DRBD；使用网桥配置工具brctl创建虚拟网桥，建立虚拟网络并为虚拟机分配IP地址，生成网络配置文件，存储在所述可移动存储设备中；

(B)识别本地物理机已经安装的操作系统，确定默认虚拟机启动参数，生成本地虚拟机默认的启动配置文件，存储在所述可移动存储设备中；

(C)判别是否使用默认生成的本地虚拟机启动参数，是则转过程(D)；否则为本地物理机配置新的网络环境，生成网络配置文件，存储在所述可移动存储设备中，转过程(D)；

(D)完成虚拟化钥匙的配置，可移动存储设备即成为虚拟化钥匙；

(2)在本地物理机中的USB接口中插入虚拟化钥匙，从虚拟化钥匙重启本地物理机，进入Xen虚拟化环境；

(3)用本地物理机磁盘作为本地虚拟机的启动镜像，采用Xen虚拟化环境中的提供的虚拟硬件和驱动程序，启动本地虚拟机；

(4)在本地虚拟机中启动与本地物理机中提供的相同的服务，完成本地物理机到本地虚拟机转换。