Windows Server 2008 R2 Hyper-V Live Migration: теперь миграция стала живой!

Гипервизор Windows Server 2008 R2 основан на архитектуре Windows Server 2008 Hyper-V с добавлением множества новых возможностей, значительно повышающих гибкость продукта. Применение виртуализации на предприятиях привело к повышению гибкости в развертывании и управлении жизненным циклом приложений. Виртуализация использовалась IT-профессионалами для консолидации рабочих нагрузок и повышения эффективности использования вычислительных мощностей. Кроме того, виртуализация может использоваться совместно с технологиями кластеризации, что позволит создать надежную IT-инфраструктуру с высокой доступностью и быстрым восстановлением в случае сбоя. К тому же, заказчики заинтересованы в еще большей гибкости системы. Windows Server 2008 R2 предоставляет дополнительную гибкость за счет технологии Live Migration.

Технология Live Migration поддерживается как в Windows Server 2008 R2, так и в Microsoft Hyper-V Server 2008 R2. При помощи Hyper-V Live Migration можно перемещать виртуальные машины с одного физического хоста на другой без остановки самой виртуальной машины. Технология Live Migration предоставляет возможности для динамической балансировки нагрузки, высокой доступности виртуальной среды во время технического обслуживания физического хоста и понижения общего энергопотребления системы.

В Windows Server 2008 R2 Hyper-V были добавлены очень ценные новые возможности, наряду с теми, что уже были в Windows Server 2008. К примеру, с использованием технологии Live Migration, можно перемещать виртуальные машины между физическими хостами «на лету». Виртуальные диски могут быть добавлены и удалены без остановки виртуальной машины. Кроме того, гипервизор Windows Server 2008 R2 более эффективно использует аппаратные ресурсы хоста. Этот документ представляет собой обзор новых возможностей Windows Server 2008 R2 Hyper-V и подробную информацию о технологии Live Migration.

Гипервизор Windows Server 2008 R2 Hyper-V поддерживает горячее подключение и отключение хранилищ. Благодаря возможности добавления или удаления виртуальных дисков VHD и pass-through дисков на работающей виртуальной машине можно легко переконфигурировать виртуальную машину в соответствии с изменившимися требованиями.

Примечание: для использования горячего добавления и удаления виртуальных дисков необходимо установить Hyper-V Integration Services в гостевой ОС.

Windows Server 2008 R2 Hyper-V поддерживает до 32 логических процессорных ядер. Улучшенная поддержка процессоров позволяет консолидировать еще большую нагрузку на один физический сервер.

Windows Server 2008 R2 Hyper-V так же поддерживает SLAT (Second-Level Address Translation) и CPU Core Parking. SLAT использует особые возможности, имеющиеся в процессорах Intel, поддерживающих Extended Page Tables и процессорах AMD с поддержкой Rapid Virtualization Indexing для использования некоторых функций управления памятью виртуальных машин, которые снижают накладные расходы на трансляцию адресов внутри виртуальной машины в адреса на физическом хосте. Это значительно снижает нагрузку на процессоры и расход оперативной памяти каждой виртуальной машиной, позволяя физическому хосту выполнять больше работы с меньшей утилизацией системных ресурсов. CPU Core Parking позволяет снижать энергопотребление благодаря назначению виртуальной машине только нескольких процессорных ядер, переключая остальные ядра в спящий режим.

В Windows Server 2008 R2 появились некоторые новые улучшения, касающиеся работы с сетью, повышающие быстродействие сетевых компонент в виртуальной среде. Поддержка Jumbo Frames теперь доступна так же и в виртуальной среде. Благодаря этому виртуальные машины теперь поддерживают Jumbo Frames размером до 9014 байт при условии, что физические сетевые компоненты (сетевые адаптеры, коммутаторы и т.д.) поддерживают их. Поддержка Jumbo Frames позволяет снизить накладные расходы сетевого стека на байт переданной информации и повышает пропускную способность. Так же это позволяет снизить утилизацию процессора благодаря меньшему числу обращений от сетевого стека к драйверу сетевого адаптера в еденицу времени.

Функция TCP Chimney, позволяющая передать обработку TCP/IP-пакетов процессору сетевого адаптера теперь так же поддерживается в виртуальной среде. Это позволяет повысить производительность виртуальных машин за счет передачи части нагрузки процессорам сетевых адаптеров, что особенно заметно на при большой сетевой нагрузке, к примеру – файловые серверы или хранилища данных с подключением по iSCSI.

Благодаря использованию Virtual Machine Queue (VMQ) сетевые адаптеры физического хоста могут использовать DMA, помещая обработанные сетевые пакеты напрямую в память виртуальных машин, повышая производительность сетевого стека.

http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;EN-US;943984

Как уже было сказано, технология Live Migration была разработана для перемещения виртуальных машин с одного физического хоста на другой за минимальное время. Процесс Live Migration инициируется администратором с помощью одного из трех методов (см. ниже). Фактическая скорость процесса миграции зависит как от характеристик используемого оборудования, так и от пропускной способности сети.

Итак, существует три способа запуска процесса Live Migration:

1. Администратор может запустить процесс миграции с использованием оснастки MMC Failover Cluster Management.

2. Через консоль System Center Virtual Machine Manager (если используется).

3. С помощью скрипта с использованием WMI или PowerShell.

Любая гостевая ОС будет продолжать работу в процессе миграции. После запуска процесса Live Migration, происходит следующее:

1. Подготовка к миграции

На первой стадии процесса Live Migration (см. рис. 1), хост-источник устанавливает TCP-соединение с хостом назначения. Это соединение используется для передачи конфигурации виртуальной машины на хост назначения. На хосте назначения создается «виртуальная машина – скелет» и ей выделяется необходимый объем памяти.

Рис. 1. Подготовка к процессу миграции

2. Передача страниц памяти на хост назначения

На второй стадии процесса миграции (см. рис. 2), содержимое области памяти, выделенной виртуальной машине копируется по сети на хост назначения страницами по 4 килобайта. Объем памяти, выделенной конкретной виртуальной машины далее будем называть «рабочим объемом памяти» виртуальной машины.

К примеру, имеется виртуальная машина пож названием NYC-SVR2, сконфигурированная с объемом памяти 1024MB мигрирует на другой хост под управлением Hyper-V. Эти 1024MB и составляют ее рабочий объем памяти. Используемые страницы памяти внутри рабочего объема NYC-SVR2 копируются на сервер назначения.

Параллельно с копированием рабочего объема, гипервизор хоста-источника следит за состоянием памяти NYC-SVR2. Как только какие-либо страницы памяти подвергаются изменению, они тотчас же отмечаются как «модифицированные». Таким образом формируется список страниц, подвергшихся модификации с начала процесса копирования.

Во время процесса миграции виртуальная машина продолжает работать. Процессс копирования содержимого памяти повторяется итерационно, при этом копируются только те страницы, которые подверглись изменению с момента последнего копирования, соответственно с каждой итерацией этот объем становится все меньше.

Как только рабочий объем памяти полностью скопирован на хост назначения, начинается следующая стадия процесса миграции.

Рис. 2. Передача содержимого памяти

3. Передача измененных страниц памяти

После того, как рабочий объем памяти виртуальной машины был скопирован, происходит копирование последних измененных страниц, а так же передача состояния регистров и устройств виртуальной машины на хост назначения.

В течение этой стадии, процесс миграции сильно зависит от пропускной способности сети, поэтому рекомендуется использовать высокоскоростное сетевое соединение – как минимум Gigabit Ethernet. Чем быстрее будут передаваться измененные страницы памяти – тем быстрее завершится процесс миграции.

Важно понимать, что количество передаваемых страниц памяти напрямую зависит от того, насколько активно используется виртуальная машина, и, соответственно, насколько часто происходит обращение к памяти. Чем чаще изменяется содержимое памяти – тем больше времени займет процесс миграции, так как необходимо передать все изменения на хост назначения.

После того, как все измененные страницы были полностью скопированы, на хосте назначения появляется точная копия рабочего объема памяти NYC-SVR2.

Примечание: Процесс Live Migration может быть прерван в любое время до момента начала этой стадии.

Рис. 3. Передача измененных страниц памяти

4. Передача управления виртуальными дисками

На четвертой стадии миграции (см. рис. 4), управление хранилищами данных, связанными с NYC-SVR2, как-то: VHD-файлами и pass-through дисками, передается хосту назначения.

Рис. 4. Передача управления виртуальными дисками

5. Запуск виртуальной машины на сервере назначения

На пятой стадии (см. рис. 5) на хосте назначения создается абсолютно точная копия рабочего объема памяти виртуальной машины и доступ ко всем используемым ею хранилищам данных. Теперь виртуальная машина запускается на хосте назначения.

Рис. 5. Виртуальная машина запускается на сервере назначения

6. Обновление ARP-таблицы

Виртуальная машина успешно запущена на хосте назначения. После этого сетевому коммутатору посылается ARP-пакет, и коммутатор «узнает» новый MAC-адрес мигрировавшей виртуальной машины, и сетевой трафик перенаправляется на соответствующий порт.

Процесс миграции завершится за меньшее время, чем произойдет тайм-аут для TCP-соединения виртуальной машины. Интервалы тайм-аутов соединения зависят от топологии сети и множества других факторов. Следующие факторы могут повлиять на скорость миграции:

· Количество измененных страниц памяти виртуальной машины: чем больше страниц подвергается модификации, тем больше времени займет процесс миграции.

· Пропускная способность сети между двумя хостами.

· Конфигурация оборудования хостов.

· Пропускная способность соединения между хостами и общим хранилищем данных (SAN).

Приведем несколько возможных ситуаций, при которой использование Live Migration будет полезным.

В любой сети периодически возникает необходимость установки обновлений ПО и замены или добавления аппаратных компонент серверов. Как правило, эти процедуры требуют перезагрузки или выключения сервера. Поскольку на одном физическом хосте может быть запущено множество виртуальных машин – любой простой физического хоста затронет все виртуальные машины, запущенные на нем.

Поскольку виртуальные машины могут быть перемещены на другой физический хост с нулевым временем простоя, можно произвести миграцию перед проведением работ по обслуживанию сервера. После окончания работ и запуска сервера, можно перенести виртуальные машины обратно опять-таки незаметно для пользователей. Благодаря этому, работы по обслуживанию серверов можно производить в рабочее время. Кроме того, поскольку миграция может быть запущена при помощи скриптов (через WMI или PowerShell), многие операции по обслуживанию серверов могут быть автоматизированы. ПО, которое может создавать скрипты или использовать функции WMI, например Microsoft System Center Configuration Manager, может быть сконфигурировано для использования Live Migration.

Рис. 6. Live Migration и обслуживание хоста в рабочее время

С использованием технологии Live Migration, организации могут разворачивать динамическую IT-инфраструктуру. Динамическая инфраструктура позволяет более рационально использовать ресурсы серверов в зависимости от фактической загруженности.

Например, если используется некое Web-приложение, и число запросов к нему значительно выросло – Microsoft System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) может автоматически предоставить один или несколько дополнительных Web-серверов. При предоставлении этих веб-серверов, Virtual Machine Manager принимает во внимание нагрузку на аппаратные сервера. При возрастании нагрузки Virtual Machine Manager может переключится на дополнительные физические хосты и запустить больше виртуальных машин – чтобы справиться с возросшей нагрузкой.

Поскольку нагрузка меняется, виртуальные машины могут перемещаться между физическими хостами для поддержания высокой утилизации аппаратных ресурсов. Неиспользуемые сервера могут быть выключены, что позволяет сэкономить электроэнергию и понизить требования к охлаждению, понижая, таким образом, затраты на работу инфраструктуры. Несоответствие характеристик физического хоста и требований для запуска виртуальной машины становится не таким фатальным, поскольку виртуальные машины могут быть перемещены на более мощный хост без каких-либо простоев. С помощью Virtual Machine Manager можно создавать отчеты о загрузке серверов, что поможет в выборе идеального сервера для миграции виртуальной машины.

Рис. 7. Виртуальные машины перемещаются на менее нагруженный хост.

Порядка 33% энергии, потребляемой датацентрами, расходуется на охлаждение и поддержку инфраструктуры. Гибкая балансировка нагрузки, возможная благодаря использованию технологии Live Migration, позволяет снизить общее энергопотребление датацентра. Если нагрузка на оборудование датацентра постоянно меняется, можно использовать автоматизацию с помощью скриптов и Live Migration для повышения консолидации виртуальных машин при относительно невысокой загруженности. Если удается запустить большее число виртуальных машин на меньшем числе физических хостов – неиспользуемые сервера могут быть выключены, что позволит снизить энергопотребление и требования к охлаждению в помещении датацентра. При пиковых нагрузках, отключенные сервера могут быть вновь автоматически запущены и виртуальные машины будут перераспределены по свободным хостам с использованием технологий Live Migration.

Функция Live Migration является частью Windows Server 2008 R2 Hyper-V и не требует покупки каких-либо дополнительных лицензий и/или использования дополнительного ПО. В принципе любая аппаратная конфигурация, которая поддерживает Quick Migration – может так же поддерживать и Live Migration, без инсталляции дополнительного оборудования, ПО и без покупки дополнительных лицензий.

Рис. 8. Повышение консолидации.

Поскольку в Windows Server 2008 процесс развертывания отказоустойчивого кластера был значительно упрощен – развертывание Live Migration достаточно просто. В начале, в процессе планирования, необходимо выяснить, сколько понадобится узлов в кластере. Затем необходимо убедиться, что используемые сервера и система хранения данных соответствует требованиям для Microsoft Failover Clustering (см. Microsoft Failover Cluster Configuration Program).

Процесс развертывания включает в себя следующие шаги:

1. Создать кластер Windows Server 2008 Failover Clustering

2. Подключить все узлы к сети и СХД

3. Включить Hyper-V и Failover Clustering на всех узлах

4. Включить Cluster Shared Volumes

5. Сделать виртуальные машины отказоустойчивыми (Make Highly Available)

6. Протестировать процесс Live Migration

Детализированные пошаговые инструкции можно найти на сайте: http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=139667

При использовании Live Migration может быть целесообразно использовать Microsoft System Center Virtual Machine Manager 2008 R2. Функции управления виртуальными машинами и построения отчетов Virtual Machine Manager могут использоваться совместно с технологией Live Migration, что позволит значительно упростить управление виртуальной средой. Использование Virtual Machine Manager вместе с Live Migration позволит организации реагировать на изменение нагрузки и требований. Также, Virtual Machine Manager можно использовать для управления отдельными хостами Hyper-V, в том числе и находящимися на удаленных площадках.

При управлении с помощью Virtual Machine Manager хостом, сконфигурированным для работы в режиме высокой доступности, Virtual Machine Manager может запускать процесс Quick Migration или Live Migration прямо из консоли Virtual Machine Manager, что является очень удобным для администраторов.

Поскольку прямо из консоли Virtual Machine Manager можно генерировать скрипты PowerShell на любое действие, выбранное администратором, в дальнейшем рутинные задачи администрирования могут быть автоматизированы. Разумеется, это касается и технологии Live Migration. Используя Virtual Machine Manager для запуска процесса переноса виртуальной машины на другой физический хост с нулевым временем простоя, можно также получить скрипт PowerShell, с помощью которого можно в дальнейшем автоматически запустить тот же самый процесс, или с помощью незначительных изменений скрипта указать другую виртуальную машину, и/или другие хосты-источник и назначения.

С помощью Virtual Machine Manager можно получать исчерпывающие отчеты об утилизации аппаратных ресурсов серверов и размещении виртуальных машин на физических хостах. Эти отчеты могут помочь в принятии решения о создании новых виртуальных машин и переносе существующих на другие хосты. В частности, в средах с высокой плотностью, таких, как многие датацентры или в разрозненной среде, такой, как множество удаленных площадок, достоверная информация по виртуализации и производительности систем может оказаться жизненно-важной для выполнения требований к надежности и быстродействию всей системы. С помощью Virtual Machine Manager можно получить всю необходимую информацию для эффективного управления множеством хостов и виртуальных машин. Поскольку благодаря использованию Live Migration, перенос виртуальных машин между хостами становится предельно простым и быстрым, обладание достоверной информацией о хостах становится особенно важным.

Технология Live Migration, поддерживаемая гипервизором Windows Server 2008 R2 Hyper-V значительно повышает гибкость виртуальной инфраструктуры. Возможность перемещения виртуальных машин между физическими хостами без какого-либо простоя самих виртуальных машин значительно упрощает обслуживание физических хостов и открывает новые возможности для построения динамической инфраструктуры, наиболее приспособленной для изменяющихся требований. Технология Live Migration позволяет производить работы по обслуживанию физических хостов без запланированного простоя виртуальных машин. Когда изменяются требования к работе виртуальной машины, ее можно перенести на более мощный или менее загруженный сервер без останова, или, если требования снизились, можно перенести ее на более загруженный сервер для повышения консолидации и понижения энергопотребления системы. Технология Live Migration позволяет использовать VM с меньшими трудозатратами и большей гибкостью, чем ранее. Эти преимущества означают снижение затрат времени и денег практически для любой инфраструктуры, использующей виртуализацию на базе Microsoft Hyper-V.

Перевод: Косивченко Александр

VN:R_U [1.9.20_1166]

• Рубрика: Virtualization,Новое
• Автор: Александр Косивченко
• Дата: Понедельник 20 Июл 2009