Virtualizace přináší mnoho výhod, a to především díky oddělení virtualizovaného systému od fyzického hardwaru. Jaké jsou možnosti mobility virtuálních strojů?
Virtualizace přináší mnoho výhod a to především díky oddělení virtualizovaného systému (VM, z angl. Virtual Machine) od fyzického hardwaru. Tato nezávislost je velmi zásadní pro možnosti přesunu VM mezi fyzickými hostiteli. Microsoft Hyper-V stejně jako další platformy tohoto principu využívá ke zvýšení mobility VM a tedy její dostupnosti.
Díky funkci online migrace VM zajistíte tedy nepřetržitý běh poskytované služby i v případě výpadku fyzické infrastruktury či v průběhu její plánované údržby.
Historie
Pojďme projít jednotlivé verze Hyper-V a podívejme se, jaké funkce migrace VM poskytovaly.
Již v první verzi Hyper-V, která byla uvedena v operačním systému Windows Server 2008, byla obsažena funkce pro přesun běžící VM. Quick Migration (QM), jak se nazývala, ovšem splňovala pouze jedno kritérium pro efektivní přesun a to „zamezení ztráty dat při migraci“. VM tedy během přesunu uložila svůj obsah operační paměti do souboru, pozastavila svůj běh, čímž tedy služba přestala být dostupná, provedla přesun a následné opětovné obnovení paměti a celé služby. Quick Migration byla dostupná pouze v případě použití Hyper-V clusteru, což znamenalo pro zákazníka vyšší náklady.
Windows Server 2008 R2 přinesl velké novinky právě v clusterových službách. Díky novému přístupu ke sdílenému úložišti pomocí Cluster Shared Volumes (CSV) mohla být do Hyper-V přidána metoda migrace VM pomocí tzv. Live Migration (LM). V jejím průběhu je aktivní VM synchronizována operační paměť na cílového hostitele a následně je provedeno přepnutí běhu VM. Microsoft díky LM dohnal své konkurenty na poli virtualizačních platforem v jedné z nejdůležitějších funkcí pro zákazníka – přesunu VM bez jejího výpadku. Okrajově se ještě zmíním o funkci Quick Storage Migration (QSM). Ta zajišťuje přesun datových souborů VM mezi fyzickými disky. Během větší části procesu je VM stále dostupná, ale v závěru musí dojít k jejímu přepnutí a kopii dat změněných během migrace a tento krok znamená nedostupnost, jejíž délka má vliv na konektivitu k poskytované službě. Pro využití QSM bylo nutné mít navíc nasazený System Center Virtual Machine Manager. LM a QSM stejně jako QM byla dostupná pouze v případě použití Hyper-V clusteru.
Při vývoji poslední verze Hyper-V, Hyper-V 2012, bylo kladeno za cíl vytvořit hypervisor, který nebude mít žádné limity a to jak výkonové, tak i funkční. Live Migration prošla výkonovým vylepšením, byla přidána možnost spuštění více Live Migration v jednom okamžiku a navíc byly ještě představeny dvě nové možnosti přesunu VM – Live Storage Migration (LSM) a Shared- Nothing Live Migration (SNLM). LSM umožňuje administrátorovi přesouvat datové soubory VM mezi fyzickými diskovými úložišti a to za běhu VM. To je tedy záchrana v případě nedostatku místa/výkonu či údržbě diskových polí. Díky kombinaci zmíněné Live Migration a Live Storage Migration byla navíc představena naprosto revoluční myšlenka – přesun běžící VM mezi fyzickými hostiteli bez potřeby sdíleného úložiště! Tato funkce se jmenuje Shared-Nothing Live Migration a jediné co k pohybu VM potřebujete je síťový kabel. Dokonce ani to ne: sám Ben Armstrong, Senior Program Manager Lead pro Hyper-V, často zmiňuje migraci VM pomocí WiFi připojení.
Technická stránka věci je stejně zajímavá jako její samotný přínos. Jak tedy fungují jednotlivé migrace VM?
Quick Migration
QM za pomocí sdíleného úložiště v rámci Hyper-V Clusteru tedy dokáže přesunout běžící VM mezi nody clusteru, ale po tuto dobu je VM v pozastaveném stavu.
Nejdříve je navázána TCP konektivita s cílovým nodem clusteru, provedena kontrola dostupnosti zdrojů pro potřeby VM (operační paměť, konektivita atd.) a vytvořena kostra VM na cílovém hostiteli (krok 1.) a proveden Save State (pozastavení běhu VM) přičemž je uložen obsah alokované operační paměti do souboru na sdíleném úložišti (krok 2.). Od této chvíle je VM nedostupná pro uživatele. Poté je provedeno přepnutí Cluster Disku obsahujícího datové soubory VM na cílový nod a obnovena paměť ze souboru do fyzického cílového, hostitele (krok 3.). V posledním kroku je plně nastartována VM a odstraněna její původní identita na zdrojovém hostiteli (krok 4.).
Live Migration
LM oproti QM dokáže celý přesun provést za běhu VM bez omezení její funkčnosti.
Celý proces je velice podobný s QM. Nedochází zde ovšem k přesunu paměti pomocí dočasného souboru, ale za pomoci synchronizace. Na cílovém hostiteli je tedy opět vytvořena kostra, alokována operační paměť a provedena kontrola dostupnosti zdrojů (krok 1.). Poté je spuštěn proces synchronizace stránek operační paměti VM na cílového hostitele. Tento proces je samozřejmě velice komplikovaný ale v jednoduchosti se skládá z těchto kroků. Nejdříve jsou synchronizovány volné stránky (krok 2.), poté jednotlivé obsazené stránky (krok 3.). Protože VM poskytuje stále služby, tak může dojít ke změně v synchronizované stránce. Tato stránka je označena tzv. Dirtied (D) příznakem a je znovu synchronizována v poslední fázi (krok 4.). Tento proces se opakuje tak dlouho až dojde k co nejvyšší shodě mezi synchronizovanými stránkami. V tuto chvíli je pozastaven běh VM a přepnuty její zdroje na cílového hostitele (krok 5.). Po ověření úspěšného startu VM je odstraněna její původní identita na zdrojovém hostiteli (krok 6.).
Live Migration je možné nově provádět i mezi Hyper-V servery, které nejsou členy clusteru. Protože se ale jedná o přesun konfigurace VM a její paměti a ne o přesun datových souborů, je stále nutné mít k dispozici sdílené datové úložiště. Tím může být nově SMB share.
Live Storage Migration
LSM je ve Windows Server 2012 úplnou novinkou. Umožňuje administrátorovi přesouvat datové soubory VM opět bez omezení běhu.
Live Storage Migration začíná vytvořením kopie migrovaného disku (formátu VHD nebo VHDX) na cílovém úložišti (krok 1.). Od této chvíle jsou veškeré operace zápisu prováděny jak do původního VHD(X) souboru, tak i do vytvořené kopie. Operace čtení jsou ale po dobu migrace prováděny pouze z původního VHD(X) souboru (krok 2.). Následuje fáze samotného kopírování dat. Pokud máte k dispozici diskové pole, které podporuje funkci ODX (Offloaded Data Transfer), pak Hyper-V ji dokáže využít a tím bude tato fáze více efektivní jak časově, tak výkonově. Po zkopírování všech dat je provedena validace a přepnutí IO operací do nového datového úložiště (krok 3.). V případě chyby v celém procesu je vždy možné se vrátit k původnímu datovému souboru, který je mazán až v úplně posledním kroku (krok 4.).
Shared-Nothing Live Migration
Přelomovou funkcí je v novém Hyper-V dozajisté migrace VM mezi fyzickými hostiteli bez jakéhokoli sdíleného prostředku kromě síťového propojení. Jak již bylo zmíněno, SNLM lze provádět také přes WiFi připojení. Oficiálně podporovaná rychlost linky je ale min. 1Gb/s. Průběh Shared-Nothing Live Migration je vlastně kombinací Live Migration a Live Storage Migration. Nejdříve je provedena validace zdrojů, vytvoření kostry VM a alokace operační paměti (krok 1.). V tom samém okamžiku je vytvořena i kopie disku VHD(X) a započata fáze synchronizace stránek operační paměti, kopie dat ze zdrojového do cílového disku a duplikovány operace zápisu (krok 2.). Poté následuje přepnutí běhu samotné VM na fyzického hostitele (krok 3.) a smazání zdrojové VM včetně souborů disků (krok 4.).
Pár slov závěrem
Moderní správa IT klade důraz na efektivitu a maximalizaci automatizace. Z pohledu uživatele ale existují pouze dva stavy: služba funguje nebo nefunguje. V tomto ohledu je třeba myslet na zajištění dostupnosti služby (která v dnešní době bude na 90% poskytována na nějakém typu virtualizace) a to i v případě výpadku nebo pravidelné údržby. Je tedy nutné se zamyslet nad různými možnostmi migrace virtualizovaného systému a jejich využití v praxi. Doufám, že vám tento článek jednotlivé typy osvětlil.
Jan Marek, Datacenter Architect, WBI Systems
Články ze série Microsoft TechNet nevytváří redakce Živě.cz, ale partneři programu Microsoft TechNet. Jsou publikovány v rámci mediálního partnerství Živě.cz a společnosti Microsoft.
