مهاجرت ماشین مجازی ، انواع آن و تکنیک های آن

مهاجرت ماشين مجازي :

در محيط هاي مجازي سازي شده قابليت حمل يا استقلال ماشين مجازي به سخت افزار خاصي، امكان انتقال ماشين مجازي از يك مكان به مكان ديگري را فراهم مي كند، به اين عمل انتقال مهاجرت گويند.

1-1-2. انواع مهاجرت ماشين مجازي

مهاجرت در سطح كل ماشين مجازي به اين معناست كه تمام حالات دروني حافظه و حالت برنامه هاي آن انتقال مي يابد. فرآيند مهاجرت به دو دسته كلي تقسيم مي شود كه هركدام از روش هاي ارائه شده جهت جابجايي ماشين مجازي، در زير شاخه ي يكي از اين دو قرار خواهند گرفت 1- مهاجرت غير زنده 2- مهاجرت زنده. [9]

در مهاجرت غيرزنده ماشين مجازي در مبدا به طور كامل متوقف مي شود، سپس تمام حالت هاي پردازنده، صفحات حافظه و در صورت امكان (با توجه به سياست هاي مورد نظر) داده هاي ديسك، به ماشين مقصد منتقل مي شود. ماشين مقصد پس از دريافت كامل حالات و صفحات، از آخرين حالت ماشين كه قبل از انتقال ذخيره شده بود، شروع به كار مي كند. يكي از معايب اين روش طولاني بودن زمان عدم دسترس پذيري به سرويس ارائه شده توسط ماشين مجازي است، اما از جمله مزاياي اين روش عدم وجود ناسازگاري هاي ناشي از انتقال داده ها، سادگي در پياده سازي و تضمين ارسال هر صفحه از حافظه تنها براي يك مرتبه است.

اما در مهاجرت زنده ماشين مجازي در حالي كه روشن است و به درخواست هاي رسيده از سوي كاربران پاسخ مي دهد، به ماشين مقصد منتقل مي شود. در واقع مي توان اين طور تصور كرد كه ماشين به تدريج و رفته رفته به سمت مقصد ارسال مي شود. از جمله مزاياي اين روش مي توان به ارائه سرويس توسط ماشين مجازي حتي در هنگامي كه فرايند مهاجرت و جابجايي صفحات و حالات آن در حال انجام است، اشاره كرد.

1-1-2-1. تکنیک پیش کپی

در اکثر فوق ناظرها از این تکنیک جهت مهاجرت ماشین هاي مجازي استفاده می شود. این تکنیک شامل سه مرحله است که در مقالات مختلف با افزودن مؤلف ههاي دیگر، باعث افزایش قابلیت هاي آن می شوند. در مرحله اول: ماشین مبدأ، داده هاي مربوط به ماشین مجازي که شامل صفحات حافظه و حالات پردازنده هستند را به صورت مکرر به ماشین مقصد ارسال می کند، در حین این عمل، به ثبت تغییرات اعمال شده بر روي صفحات حافظه نیز می پردازد. پس از اینکه این عمل براي چندین بار تکرار شد و در هر تکرار صفحات تغییریافته منتقل شدند، فرایند مهاجرت وارد مرحله دوم می شود. در این مرحله: ماشین مجازي در مبدأ به حالت تعلیق در می آید و سپس سایر صفحات تغییریافته که در حین عمل انتقال در مرحله ي اول تغییر کرده اند(و به دلیل تغییر مداوم آنها، امکان انتقالشان وجود نداشت) و حالت هاي پردازنده که براي راه اندازي ماشین مقصد ضروري هستند نیز ارسال می شود. سپس در مرحله سوم: ماشین مقصد از آخرین حالتی که قبل از تعلیق در مبدأ ذخیره شده بود شروع به کار می کند. گفتنی است هرچه نرخ تغییر صفحات در طول مرحله اول کمتر باشد، مدت زمان مرحله دوم که در آن سرویس غیرقابل دسترس است، کمتر خواهد بود.

1-1-2-2. تکنیک پس کپی

در روش پس کپی، صفحات حافظه بعد از ارسال حالات پردازنده و شروع به کار کردن ماشین مقصد ارسال خواهند شد. در این روش، ابتدا تمام حالات پردازنده به ماشین مقصد ارسال شده، ماشین مقصد شروع به کار می کند و سپس عمل ارسال صفحات حافظه[1] از مبدأ به مقصد آغاز می شود. هم زمان با این عمل ارسال صفحات، در صورتی که صفحه اي در مقصد موجود نباشد، وقفه اي رخ داده و آن را از ماشین مبدأ درخواست می کند[2]. این روش تضمین می کند که هر صفحه، تنها یکبار براي ماشین مقصد ارسال خواهد شد و به این ترتیب سربار ناشی از ارسال چند مرتبه اي یک صفحه که در روش پیش کپی وجود داشت، حذف می شود. کارایی روش پس کپی به کاهش تعداد وقفه هاي رخ داده[3] در اثر نبود صفحات درخواستی در حافظه ي ماشین مقصد(خطاهاي نقض صفحه)، بستگی دارد. براي کاهش این گونه وقفه ها، صفحات حافظه را قبل از اینکه در ماشین مقصد درخواست شوند، به سمت آن ارسال خواهند کرد. [10]

1-1-2-3. تکنیک مهاجرت سه مرحله اي[4]

هدف از تکنیک مهاجرت سه مرحله اي، انتقال تمام سیستم با تمام حالات آن(شامل داده هاي دیسک، حافظه و حالات پردازنده) با حداقل زمان از کار افتادگی می باشد. از این رو فرض بر آن است که ماشین هاي مبدأ و مقصد از دیسک اشتراکی استفاده نکرده و هر کدام در مکان هاي متفاوتی قرار دارند.[9] در واقع تکنیک مهاجرت سه مرحله اي، همان تکنیک پیش کپی است که قابلیت جابجایی  دیسک ماشین مجازي را نیز دارد. در این تکنیک اکثر داده ها (بلوك هاي دیسک و صفحات حافظه) در مرحله ي کپی اولیه[5] در طی چند دوره به سمت مقصد ارسال می شوند و سرویس ارائه شده تنها در مرحله تعلیق[6] غیرقابل دسترس خواهد بود و همچنین بلوك هاي دیسک نیز در مرحله ي کپی نهایی، نیاز به همگام سازي دارند. در واقع بلوك هاي دیسک مبدأ و مقصد در مرحله ي نهایی یکسان خواهند شد.

1-1-2-4. تکنیک   [7]CR/TR Motion

برخلاف روش پیش کپی، در روش CR-TRاز توانایی پردازشی در ماشین مقصد به منظور انجام عملیات همگام سازي استفاده می شود. یعنی به جاي ارسال صفحاتLog  ها ارسال میشوند و به همین دلیل به میزان قابل توجهی از حجم داده هاي ارسالی در طول عمل همگام سازي دو ماشین کاسته خواهد شد. همچنین شبیه به تکنیک پیش کپی، فایلهاي Log طی چند دوره به ماشین مقصد منتقل می شوند(فایلی که حاوي نقطه ي بازرسی است، در اولین دوره ارسال می شود). پس از چند دوره، ماشین مجازي در مبدأ به حالت تعلیق رفته و آخرین فایل Log در این لحظه جابجا میشود که به همین دلیل زمان ازکارافتادگی نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

1-1-2-5. تکنیک مهاجرت به صورت ناهمگن

ناهمگن بودن در این نوع تکنیک مهاجرت، یعنی فوق ناظرهاي مبدأ و مقصد می توانند از یک نوع نباشند. روش ارائه شده که به منظور مهاجرت ماشینهاي مجازي بین فوق ناظرهاي متفاوت استفاده می شودVagrantنام دارد. اگر بخواهیم روش ارائه شده را در یک جمله تعریف کنیم: داده هاي مربوط به فرایند مهاجرت را از فوق ناظر مبدأ دریافت کرده، به فرمتVagrantتبدیل می کند و سپس در سمتماشین مقصد، داده هایی که در فرمت Vagrant  هستند، به فرمتی قابل فهم براي فوق ناظر مقصد تبدیل می شوند. [10]

1-1-2-6. تکنیک مهاجرت به صورت آگاه از وابستگی

در مواقعی که ماشین مجازي هیچ گونه وابستگی و یا تعاملی با دنیاي خارج ندارد، نیازي نیست تا تمام داده هاي آن به روش پیش و یا پس کپی منتقل شوند و در واقع می توان بخشی از داده ها را تنها با یک مرتبه ارسال به ماشین مقصد منتقل نمود. براي مثال وب سروري که به طور موقتی بیکار است را در نظر بگیرید. مهاجرت چنین ماشینی در همان دوره اول از عملیات کپی انجام خواهد شد و دیگر نیازي به تکرار دوره هاي عمل کپی نخواهد بود. چون در حین انجام عملیات مهاجرت هیچ گونه تغییري در صفحات حافظه ي آن رخ نداده است و هیچ حالتی از سیستم تغییر نکرده است. تکنیک ارائه شده در مقاله [9]، نحوه ي تعاملات هر فرایند را تا قبل از شروع عملیات مهاجرت زیر نظر داشته و هنگامی که تصمیم به جابجایی فرایندها و به طور کلی ماشین مجازي گرفته می شود، با استفاده از اطلاعاتی که این مکانیزم در اختیار فوق ناظر قرار می دهد، فوق ناظر تصمیم به جابجایی فرایندها و داده هاي ماشین به صورت یک مرتبه و در طی چند دوره می گیرد.

1-1-2-7. تکنیک مهاجرت بر روي اینترنت

معمولا از تکنیک مهاجرت، به منظور جابجایی ماشین هاي مجازي در درون شبکه هاي محلی استفاده می شود. از این رو، تنها جابجایی صفحات حافظه و حالات پردازنده کفایت می کند. اما هنگامی که از تکنیک مهاجرت به منظور انتقال ماشین بر روي شبکه ي گسترده اي همچون اینترنت استفاده شود، چون در این شرایط نمی توان از دیسک به صورت اشتراکی استفاده کرد، باید تمام داده هاي محلی(از جمله دیسک) نیز منتقل شوند.