[译] libvirt 虚机的生命周期 （Libvirt Virtual Machine Lifecycle）

翻译自：http://wiki.libvirt.org/page/VM_lifecycle

 

这篇文章描述虚机生命周期的基本概念。其目的在于在一篇文章中提供完整的关于虚机创建、运行、停止、迁移和删除的基础知识。

1. 概念

先补充一下 Domain（域）、Virutal Machine（虚机）和 Guest OS （客户机操作系统）三个术语的区别。这三个概念经常被相互使用，其实它们之间还是有些区别。

Oracel 的解释 （资料来源）：

• Domain：资源的一个可配置集合，包括内存，虚拟CPU，网络设备和磁盘设备。在 Domain 中运行（多个）虚拟机。一个 Domain 被分配虚拟资源，可以独立地被启动、停止和重启。
• Guest OS：运行在 domain 中的虚拟操作系统。一个 Guest OS 可以是部分虚拟化或者硬件虚拟化的。一个 Hypervisor上可以运行多个 Guest OS。
• VM：Guest OS + 它相关的应用软件。

libvirt 的解释 （资料来源）：

一个 libvirt Domain 是一个运行在虚拟机器上的操作系统的实例，它可以指一个运行着的虚拟机，或者用于启动虚拟机的配置。

Xen 的解释（资料来源）：

对 Xen 来说，一个 domain 就是指一个虚拟机，其 domain 概念如下：

好吧，这些说法还是有细微差别，下文中的 Domain 就当是虚拟机吧。其它术语：

术语	解释
Domain 域	一个运行在被虚拟化的机器上的，由 hypervisor 提供的操作系统实例
Hypervisor 虚机管理程序	一个虚拟化一个物理服务器为多个虚拟机的软件层。
Node 节点	一个物理服务器。它可能有多种类型，比如存储节点，集群节点和数据库节点等。
Storage Pool 存储池	一个存储介质的集合，比如物理硬盘驱动器的集合。一个存储池被细分为卷，卷会被分配给一个或者多个域。
Volume 卷	一个从存储池中分配出来的存储空间。一个卷可能会分配给一个或者多个域使用，并且往往被用作域内的虚拟硬盘驱动器。

1.1 XML 描述

Guest domain 是用 XML 配置来描述的。libvirt 使用 XML 文件格式来保存它的所有对象的配置，包括 domain，网络、存储和其它元素。这样，用户就可以使用任何他们喜欢使用的编辑器来编辑这些XML配置了。

比如，domain 中的设备使用 XML 元素 来表示其被分配的属性和子元素的一个示例如下：

<domain type='qemu'>
   <name>demo</name>
   ...
   <devices>
      ...
      <disk type='file' device='disk'> ... </disk>
      <disk type='file' device='cdrom'> ... </disk>
      <input type='mouse' bus='ps2'/>
      ...
   </devices>
</domain>

libvirt 使用 XPath 技术来从XML 文档中选择node。 

1.2. 过渡性 Guest Domain VS 持久性 Guest Domain

Libivrt 区分两种不同类型的 domain：短暂性的（transient ）和持久性的（persistent）。

• 短暂性 domain 只在 domain 被关机（ shutdown） 或者所在的主机（host）被重启（restart）之前存在。
• 持久性 domain 会一直存在，直到被删除。

 

无论它是什么类型，当一个 domain 被创建后，它的状态可以被保存进一个文件。之后，只要该文件存在，这个 domain 的状态就可以从无限次从该文件中被恢复（ restored）。因此，即使是一个短暂性的domain，它也可以被反复地恢复。

 

创建短暂性的 domain 与创建持久性 domain 有一点不同。对持久性domain来说，它必须在其启动前定义（define）好。而短暂性虚机可以被一次性被创建和启动。操作两种类型的domain的命令也有些区别。当性domain被创建和关闭时，其需要的所有部件（比如存储、网络、设备等）都必须提前被准备好。

1.3 Domain 状态

 一个 Guest domain 可能处于的状态：

• Undified （未定义的）：这是起始状态。这时 libvirt 不会知道 domain 的任何信息，因为这时候 domain尚未被定义或者创建。
• Defined （定义了的）/ Stopped （停止的）：domain 已经被定义，但是不在运行（running）。只有持久性 domains 才能处于该状态。当一个短暂性 domain 被停止或者关机时，它就不存在了。
• Running （运行中的）：domain 被创建而且启动了，无论是短暂性domain还是持久性domain。任何处于该状态的 domain 都已经在主机的 hypervisor 中被执行了。
• Paused （中止了的）：Hypervisor 上对该 domain 的运行被挂起（suspended）了。它的状态被临时保存（比如到内存中），直到它被继续（resumed）。domain 本身不知道它处于是否被中止状态。
• Saved （保存了的）：类似中止（Paused） 状态，除了domain 的状态被保存在持久性存储比如硬盘上。处于该状态上的 domain 可以被恢复 （restored）。

 

下图描述了 domain 的状态机。方框表示状态，箭头表示使得状态变更的命令。

 

 从改图中可以看出，对持久性 domain，shtudown 命令可以将其从运行（running） 状态变为定义（defined）状态；对短暂性 domain 而言，它会从运行（running） 状态变为变为未定义（undefined） 状态。 

1.4 快照

一个快照是虚机的操作系统和它的所有应用（applications ）在某个时刻的视图。在虚拟化领域，提供可以被恢复的虚机快照是个非常基本的功能。快照允许用户保存虚机在某个时刻的状态，然后在将来某个时候回滚到该状态。基本的用例包括，创建快照、安装新的应用、更新或者升级，然后回滚到之前的某个时间点。显然，在快照生成之后发生的任何操作都不会包含在快照中。一个快照不会持续更新。它只表示虚机的某个时间上的状态。 

1.5 迁移 

一个运行中的 domain 或者虚机可以被迁移到另一个主机上，只要虚机的存储是在主机之间共享的，并且目标主机的CPU能够支持虚机的CPU模式。根据类型和应用，虚机迁移可以不导致虚机上运行的服务的中断。 

Libvirt 支持多种不同的迁移模式：

• Standard （标准模式）：该模式下，一个 domain 的资源在从源主机迁移到目标主机时，它会处于被挂起（suspended）状态。迁移结束后，虚机在新的主机上继续运行。迁移所花的时间和 domain 的内存大小直接相关。
• Live vs non-live（实时 VS 非实时模式）：当使用实时迁移模式时，domain 不会被中止，它的所有服务都继续运行。一开始，目的主机上的 domain 或者虚机会处于停止状态，而且在domain的状态在网络传输的过程中，domain 在目的主机上实际上是不可见的。实时迁移和它上面所运行的应用的类型有直接关系的。当实时迁移一个 domain 时，它已经被分配的内存会被发送到目的主机，与此同时，其内存的任何改变都会被监视（watched）然后也会被发到目的主机。原主机上的 domain 会一直保持它的状态，直到两个节点上的 domain 的内存达到完全达到一致了。这时，目的主机上的 domain 变为 active 状态，原主机上的 domain 变为 passive 或者不可见状态。
• Peer-to-peer （对等模式）：该模式下，当原主机和目的主机能够直接通信。
• Tunnelled （隧道模式） ：该模式下，在原主机和目的主机之间会建立一个隧道 （tunnel），比如 SSH 隧道。两个主机之间的所有通信都会经过该隧道。
• Direct （直接模式）：该模式下，libivrt 使用 hypervisor 来发起迁移，迁移过程完全被 hypervisor 控制。这种模式下，源主机和目的主机的 hypervisor 往往是可以直接交互的（比如，原主机和目的主机上的 Xen 能够直接交互，而不需要libvirt 的干预）

迁移要求：

• 使用路径和位置相同的共享存储
• 两个物理主机上的 hypervisor 的版本完全相同
• 相同的网络配置
• 目的主机上有相同的或者更好的CPU。CPU必须来自同一生产厂家，目的主机上的 CPU flags 必须是原主机上的CPU flags 的超集。

这里有个成功迁移所需要的 checklist： here. 

1.6 删除 domain 时的数据安全性

 一些应用可能会存储敏感数据，这些数据必须被安全地处理。在任何文件系统中都一样，当一个虚机从一个系统中被删除的时候，只是文件系统的指针被删除。存储介质上的数据块任然存在，只是它们在文件系统中被标识为空。当然，这取决于你的文件系统。我们希望，当一个应用处理这种敏感数据的时候，这些机器必须物理上被安全保护，而且网络防护也必须是被防护的。安全在任何时候都很重要。

 

2. 任务 （Tasks）

2.1 创建一个 domain  

为了运行一个 domain，首先必须创建一个 domain。有很多方式可以创建一个 domain。

（1）这篇文章描述了使用 Virtual Machine Manager GUI 来创建一个domain。

（2）下面的代码使用 virt-install 命令来创建一个 domain：

# virt-install 
             --connect qemu:///system 
             --virt-type kvm 
             --name MyNewVM 
             --ram 512 
             --disk path=/var/lib/libvirt/images/MyNewVM.img,size=8 
             --vnc 
             --cdrom /var/lib/libvirt/images/Fedora-14-x86_64-Live-KDE.iso 
             --network network=default,mac=52:54:00:9c:94:3b 
             --os-variant fedora14

该命令创建一个名为 'MyNewVM' 的 domain，它有 512M 内存和8G磁盘空间，使用KVM。你可以阅读该命令的手册。 

（3）最后一种方式是创建 domain 和 卷 （volume）的 XML 定义，然后使用 virsh 的 vol-create 和 define 命令。

卷 （volume）会被加入一个池（pool）中。默认的话，一个名为  "default" 的池会存在。这是一个目录类型的池，它的意思是所有的卷都以文件形式存在于一个目录中。详细信息，你可以读  this page 。

一个卷的 XML定义例子（new_volume.xml）：

<volume>
 <name>sparse.img</name>
 <capacity unit="G">10</capacity>
</volume>

它定义了一个容量为 10G 的卷。使用如下命令来在 'default' 池中创建该卷：

# virsh vol-create default new_volume.xml

Domain 的 XML 定义的例子 (MyNewVM.xml) 如下：

<domain type='kvm'>
  <name>MyNewVM</name>
  <currentMemory>524288</currentMemory>
  <memory>524288</memory>
  <uuid>30d18a08-d6d8-d5d4-f675-8c42c11d6c62</uuid>
  <os>
    <type arch='x86_64'>hvm</type>
    <boot dev='hd'/>
  </os>
  <features>
    <acpi/><apic/><pae/>
  </features>
  <clock offset="utc"/>
  <on_poweroff>destroy</on_poweroff>
  <on_reboot>restart</on_reboot>
  <on_crash>restart</on_crash>
  <vcpu>1</vcpu>
  <devices>
    <emulator>/usr/bin/qemu-kvm</emulator>
    <disk type='file' device='disk'>
      <driver name='qemu' type='raw'/>
      <source file='/var/lib/libvirt/images/MyNewVM.img'/>
      <target dev='vda' bus='virtio'/>
    </disk>
    <disk type='block' device='cdrom'>
      <target dev='hdc' bus='ide'/>
      <readonly/>
    </disk>
    <interface type='network'>
      <source network='default'/>
      <mac address='52:54:00:9c:94:3b'/>
      <model type='virtio'/>
    </interface>
    <input type='tablet' bus='usb'/>
    <graphics type='vnc' port='-1'/>
    <console type='pty'/>
    <sound model='ac97'/>
    <video>
      <model type='cirrus'/>
    </video>
  </devices>
</domain>

定义一个持久性的domain：

# virsh define MyNewVM.xml

Domain 的 XML 格式有很多的可选元素你可能觉得有用。因此，可以阅读 this page ，它包含完整的参考。 

2.2 编辑一个 domain

 可以使用任何编辑器来编辑一个 domain。你需要设置 $VISUAL or $EDITOR 环境变量来指定编辑器，然后运行：

# virsh edit <domain>

如果这些变量都不存在，默认会使用 vi。当编辑器关闭的时候，libvirt 会自动检查其变化并应用这些改变。你也可以在 Virtual Machine Manager 编辑 domain。

2.3 启动一个domain

 当一个 domain 被创建后，你可以启动它。你可以使用Virtual Machine Manager，或者运行 virsh start <domain> 命令，比如：

# virsh start MyNewVM

该命令可能从零启动（boot up）一个 domain 或者从之前保存的一个状态上恢复 domain。请阅读 virsh 的 managedsave 命令 。重要的是，如果它的任何部件比如 network 还没有起来的话，一个 domain 不会被启动起来。

 

就像之前提到的那样，一个 transient domain 可以不需要提前定义（define）而直接被启动：

# virsh create /path/to/MyNewVM.xml

2.4 停止或者重启（reboot）domain

停止一个运行中的 domain：

# virsh shutdown <domain>

重启一个持久性的 domain：

# virsh reboot <domain>

注意：重启一个暂时性的 domain 是不可能的，因为当它被关闭 （shutdown）后它就变成了 undefined 状态。

粗野的关机（inelegant shutdown），等同于直接拔电源：

# virsh destroy <domain>

 

Stopping 是指中止一个运行着的domain 的过程。包括两个方法: shutdown 和 destroy。

• shutdown 是个优雅（graceful）的停止过程，它会发一个信号给 domain 的操作系统，通知它立刻关机。domain 只有在 OS 成功关闭后才停止。该过程类似于在物理机器上运行 shutdown 命令。
• destroy 是立刻中止 domain。该过程类似于拔掉物理机器的电源。 

2.5 中止（Pause）domain

使用 suspend 命令来中止一个domain：

# virsh suspend <domain>

当一个虚机处于挂起（ suspended） 状态时，它会继续占用系统内存，但不会占用处理器资源。这时候也不会有磁盘和网络IO操作。 

2.6 继续（unpause/resume）domain

使用 resume 命令来继续一个domain：

# virsh resume <domain> 

• Suspend and resume 是指将一个domain 临时性的保存到内存中的过程。一段时间后，可以继续该 domain 到其原始的运行状态。Suspend 不保存 domain 的内存到持久性文件。 
• Save 和 restore 是指将一个运行着的 domain 的状态保存到文件，以及从文件中恢复的过程。

需要指出的是，save/restore 只会保存内存状态，不会保存存储状态。因此，当一个虚机被恢复时，其所使用的存储必须和虚机被保存时的存储状态一致。对基础性使用来说，这意味着虚机只能从被保存的文件中恢复一次。要运行多次恢复，应用需要在虚机被保存时生成一个快照，然后在恢复虚机时恢复快照。libvirt 将来的一个改进会在保存内存状态的同时进行自动化的快照。 

2.7 对domain做快照

使用 snapshot-create 命令来对 domain 做快照：

# virsh snapshot-create <domain>

2.8 列表domain 所有的快照

使用 snapshot-list 命令来获取 domain 的所有快照列表：

# virsh snapshot-list <domain>

结果比如：

 Name                 Creation Time             State
---------------------------------------------------
 1295973577           2011-01-25 17:39:37 +0100 running
 1295978837           2011-01-25 19:07:17 +0100 running

2.9 从快照恢复一个domain

使用 snapshot-restore 命令来从一个快照恢复一个domain：

# virsh snapshot-restore <domain> <snapshotname>

2.10 删除domain 的一个快照

使用 snapshot-delete 命令来删除一个快照：

# virsh snapshot-delete <domain> <snapshotname>

2.11 迁移 （Migration ）

 Libvirt 支持 domain 的迁移。这意味着你可以把 domain 经过网络从一个主机迁移到另一个主机。迁移的两种主要模式：

• 普通迁移（Plain migration）：原主机开通一个与目的主机的 TCP 连接来发送迁移的数据。如果TCP 端口没有被指定，那么 libvirt 会自己在 49152-49215 区间内选择一个端口。因此你需要在目的主机的防火墙上开启该端口。
• 隧道迁移（Tunneled migration）：原主机创建一个与目的主机之间的连接隧道。它允许加密数据流。它不需要额外的防火墙操作，但是只在 qemu 0.12+ 和 libvirt 0.7.2 以后才支持。

要进行成功的迁移，很多事情要做。比如，存储设置。被迁移的 domain 的所有卷都必须保存在同样的路径上。读  this page 来获取完整的check list。我们建议你使用 secure migration。当迁移前的检查都完成后，可以使用migrate 命令来进行迁移：

# virsh migrate <domain> <remote host URI> --migrateuri tcp://<remote host>:<port>

2.12 删除一个domain

使用virsh 的 undefine 命令来删除一个 domain：

# virsh undefine <domain>

同样地，你也可以在 Virtual Machine Manager 中删除一个 domain。可以阅读这篇文章.