تحقیق مهاجرت زنده ماشین‌های مجازی

توضیحات

عنوان: مهاجرت زنده ماشین‌های مجازی

• مقدمه
• مزایای مجازی‌سازی سرورها
•  مکانیسم مهاجرت حافظه مجازی
• مکانیزم‌های مهاجرت زنده ماشین‌های مجازی
• شفافیت مهاجرت زنده
• تجزیه و تحلیل کارایی مهاجرت زنده
• مسائل پیش رو
• بهینه‌سازی ماشین مجازی
• بهینه سازی منابع ابری  به کمک VM
• معیارهای ارزیابی برای رویکرد مهاجرت خودکار VM
• طراحی صفحات حافظه  
• مهاجرت حافظه مجازی در مه
• کارایی در رابطه با کپی در حافظه مجازی
• محدودیت‌های مهاجرت زنده ماشین‌های مجازی
• چالش‌های تحقیق
• نتیجه گیری
• منابع
• مقدمه

     در سال‌ها قبل جهت دسترسی سریع به شبکه‌ها، بایستی مستقیماً به سخت‌افزارهای فیزیکی وصل شد. با گسترش جهانی شبکه‌ها، تکنولوژی به سوی مجازی شدن پیش رفت. در محیط مجازی‌سازی، نرم‌افزار به طور مستقیم بر روی سخت‌افزار اجرا نمی‌شود. بلکه در سخت‌افزار مجازی اجرا می‌گردد. محیط، امکان گرفتن کپی‌های سخت یا دیجیتالی از تمامی یا قسمتی از کار برای کلاس‌های درسی یا استفاده شخصی به صورت رایگان را فراهم می‌کند.

     این محیط می‌تواند با نیازهای دقیق مشتری منطبق شود. مجازی‌سازی می‌تواند امکان نصب چندین VM [1]بر روی یک سرور فیزیکی را فراهم کند. این کار، هزینه مورد نیاز برای سخت‌افزار، فضا، و انرژی را کاهش می‌دهد. یک ویژگی مهم از تکنولوژی مجازی‌سازی، مهاجرت زنده است. یک ماشین مجازی در حال اجرا از یک میزبان فیزیکی به دیگری منتقل می‌شود. مهاجرت زنده برای مراکز داده موضوع جذابی است. چون اتصال از یک ماشین مجازی در طول هاست‌های فیزیکی می‌تواند برای کارهایی مانند موازنه بار، تعمیر و نگهداری، مدیریت انرژی و یا تحمل خطای اهرمی مناسب باشد.

     در سال‌های پیش، ابزار مهاجرت در طول ماشین مجازی از یک هاست به هاست دیگر مورد توجه قرار گرفت. مهاجرت زنده وقتی مفید است که خدمات ارایه شده توسط ماشین مجازی در حال اجرا قطع شده باشد و قضیه شفافیت (مخفی سازی) برای کاربر حفظ شود. مهاجرت یک ماشین مجازی اجرایی در راستای هاست‌های فیزیکی باید حالتش را از منبع به هاست هدف کامل کند. حالت یک ماشین مجازی، شامل ذخیره‌ساز دائمی (مثل دیسک)، ذخیره‌ساز فرار(حافظه)، حالت دستگاه‌های متصل مثل کارت‌های رابط شبکه و حالت فراهم می‌شود.

     روش رایج مهاجرت زنده، پیش کپی است. محتویات حافظه ماشین مجازی ابتدا به هاست مقصد فرستاده می‌شود، سپس ماشین مجازی دوباره شروع به راه‌اندازی می‌کند.

• مزایای مجازی‌سازی سرورها

     مزیت‌ها و قابلیت‌های زیادی برای مجازی‌سازی سرورها می‌توان در نظر گرفت؛ اگر هنوز به دنیای مجازی مهاجرت نکرده‌اید و یا در صدد کامل نمودن ساختار مجازی خود هستید، ما چند دلیل و مزیت اصلی استفاده از این تکنولوژی را برای شما ذکر خواهیم کرد:

1. ذخیره انرژی، ساختار سبزتر
2. کاهش هزینه سرورها و مراکز داده
3. ساخت محیط‌های لابراتوار
4. تامین سریع زیرساخت و سرور
5. بالا بردن زمان فعال بودن سرور
6. بهبود مواجهه با شرایط بحران
7. ایزوله‌سازی نرم‌افرازها

• مکانیسممهاجرت حافظه مجازی

     مکانیسم‌های مهاجرت حافظه مجازی می‌تواند به دو تقسیم شود. یکی از آن‌ها مهاجرت آفلاین سنتی است؛  در این مکانیزیم مهاجرت باید ابتدا  ماشین مجازی متوقف شود و سپس به مهاجرت ادامه ‌دهد. در مرحله بعد حافظه ماشین انتقال پیدا می‌کند، و در نهایت دوباره ماشین در کارگزار مقصد جدید دیگری فعال می‌شود یا مکانسیم مهاجرت زنده در فرایند مهاجرت برون‌خط خدمات را فراهم خواهد کرد. در حالی که مکانیسم مهاجرت زنده می‌تواند خدمات را بدون وقفه نگه دارد [1].

در فرآیند مهاجرت چند نکته مهم وجود دارد که عبارتند از :

1. مهاجرت حافظه مجازی
2. زمان مهاجرت CPU

• مکانیزم‌هایمهاجرت زنده ماشین‌های مجازی

     برای مهاجرت زنده ماشین‌های مجازی چندین رویکرد اصلی وجود دارد که برخی از این رویکردها، به تشریح در ادامه بررسی خواهد شد.

• مهاجرت ماشین مجازی پیش کپی

     مهاجرت زنده به طور فعال در دست تحقیق است و تعداری از تکنیک‌ها به هدف مهاجرت ماشین مجازی از یک هاست به هاست دیگر بررسی شده‌اند. رویکرد غالب برای مهاجرت ماشین مجازی پیش کپی است. هایپروایزر فاقد فلز،vmware,kvm, X[2]en و هایپروایزر وابسته مانند VirtualBox و روند پیش کپی در این روش موثر است.

      جهت کاهش خرابی ماشین‌های مجازی، حالت چندکپی را تکرار کردیم. صفحاتی که در طول اتصالات اصلاح می‌شوند، ضبط شده و نیاز به ارسال مجدد برای اطمینان از سازگاری دارند. یک توقف و کپی کوتاه مدت رخ می‌دهد تا در این زمان باقی مانده، صفحات حافظه اصلاح شده و حالت از vcpus [3]و دستگاه‌ها به هاست مقصد منتقل شوند. در حالت بهتر روند پیش کپی به یک حالت خرابی بسیار کم می‌رسد. ولی برای نوشتن حافظه فشرده حجم کار فاز توقف و کپی ممکن است به چند ثانیه افزایش یابد [4].

     مهاجرت زنده VM ها، عمدتاً شامل انتقال CPU، حافظه و حالت ورودی / خروجی  VM از میزبان منبع به میزبان مقصد می‌شود. در مهاجرت زنده پیش کپی، میزبان منبع، حالت حافظه VM را به میزبان مقصد در تکرار انتقال می‌دهد. انتقال به صورت زنده انجام می‌شود. یعنی در حین اجرا شدن ماشین مجازی در میزبان مبدا، این انتقال صورت می‌گیرد. در تکرار اول، میزبان منبع کل حافظه VM را به مقصد منتقل می‌کند، در حالی که در تکرارهای بعدی تنها صفحاتی که توسط VM اجرا می‌شوند، منتقل خواهند شد [5].

     هنگامی که مجموعه کارهای قابل نوشتن (WWS) VM شناسایی شده است، VM در میزبان منبع و حالت CPU خود معلق است و WWS به میزبان مقصد منتقل می‌شود. مدت زمانی که ماشین مجازی به صورت غیرفعال است، زمان خرابی یا خاموشی VM نامیده می‌شود. مدت زمان خرابی بستگی به اندازه WWS دارد. هرچه یک ماشین مجازی در وضعیت حافظه خود تهاجمی‌تر باشد، شناسایی WWS آن ماشین مجازی در فرآیند پیش کپی طولانی‌تر خواهد بود که در نتیجه زمان کلی مهاجرت زنده را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، هنگامی که در شبکه شرایط رقابت وجود دارد، همگام شدن WWS ماشین‌های مجازی طولانی‌تر خواهد بود [5].

     فرآیند مهاجرت زنده پیش کپی را می‌توان به گام‌های زیر تقسیم کرد:

1. مرحله 0: پیش از مهاجرت – سرور هدف با منابع کافی برای دریافت مهاجرت VM انتخاب می‌شود.
2. مرحله 1: رزرو – یک موقعیت VM به اندازه ماشین مجازی مورد نظر روی سرور مقصد ذخیره می‌شود.
3. مرحله 2: پیش کپی تکراری – صفحات حافظه به صورت تکراری به سرور هدف منتقل می‌شوند.
4. مرحله 3: کپی و توقف – تکرار یکی از شرایط خاتمه مهاجرت است و در این حالت VM در سرور مبدا معلق شده است. در این شرایط تمامی داده‌های باقی مانده در سرور هدف کپی می‌شود. در این شرایط، هر دو سرور مبدا و سرور مبدا یک کپی یکسان از داده‌های ماشین مجازی مورد نظر دارند. بنابراین اگر بنا به هر دلیلی فرآیند مهاجرت با شکست مواجه شود، VM می‌تواند همچنان روی سرور مبدا اجرا شود.
5. مرحله 4: تعهد – سرور مقصد به سرور مبدا اطلاع می‌دهد که تمام داده‌های VM مهاجر را دریافت کرده است. در این شرایط سرور مبدا می‌تواند منابع اشغال شده توسط VM مهاجر را بازگرداند.
6. مرحله 5: فعال‌سازی – VM بر روی سرور مقصد مجدداً اجرا می‌شود. دستگاه‌های خارجی و اتصالات شبکه بازیابی می‌شوند.

     کلارک و همکارانش مکانیسم مهاجرت زنده را در دو حالت: مهاجرت مدیریت شده و خود مهاجرتی به کار گرفتند. مهاجرت مدیریت شده، ماموریت مهاجرت در مدیریت VM (Dom0) را اجرا می‌کند، در حالی که خود مهاجرت توسط خود VM مهاجر انجام می‌شود. خودمهاجرتی از نظر پیاده‌سازی پیچیده‌تر از مهاجرت مدیریت شده است؛ زیرا در روش خودمهاجرتی، فرآیند مهاجرت در کنار سایر فرآیندها روی VM مهاجر انجام می‌شود. بنابراین ماشین مجازی باید خود، ملاحظات مربوط به مهاجرت را نیز در نظر بگیرد، در حالی که در روش مهاجرت مدیریت شده، VM درگیر این فعالیت‌ها نخواهد شد.

     آنها یک فاز دو گامی کپی و توقف طراحی کردند تا ثبات مهاجرت را تضمین کنند. مرحله اول تمام فرآیندها را به جز فرایند مهاجرت متوقف می‌کند و صفحات نوشته شده حافظه را اسکن می‌کند. مرحله دوم تمام صفحات نوشته شده را در اسکن نهایی انتقال می‌دهد. با توجه به پیچیدگی پیاده‌سازی و اعمال نفوذ برای هر VM، مکانیزم خود مهاجرت به ندرت برای مدیریت ابر استفاده می‌شود.

     همچنین VMware نیز برای سیستم مهاجرت خود از روش پیش کپی استفاده می‌کند. این سیستم شرایط خاتمه را برای کپی تکراری بدین صورت تنظیم می‌کند: (1) صفحات تغییر یافته کمتر از 16 مگابایت؛ (2) کاهش 1 مگابایت صفحات اصلاح شده بین دو دورۀ مجاور. آنها دریافتند که اسکن صفحات حافظه نوشته شده در مرحله کپی تکراری، 20 درصد ظرفیت شبکه را برای کاربران انتهایی کاهش می‌دهد. نتایج آنها همچنین نشان می‌دهد که صرفه‌جویی 30 درصد منابع CPU برای مهاجرت 512 مگابایتی ویندوز 2000 Server VM در حالت پیغام گیگابیت منجر به حداقل رساندن کل زمان مهاجرت می‌شود.

[1] Virtual machine

[2] virtualization software

[3] virtual central processing unit

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق