利用開源實現(xiàn)虛擬化平臺遷移

■ 國網(wǎng)青海省電力公司信息通信公司 徐鐵軍 李宏波

編者按：本文筆者通過深入分析Vmware 虛擬化平臺和開源KVM 虛擬化平臺的特點與差異，研究并解決遷移過程中數(shù)據(jù)傳輸、磁盤轉(zhuǎn)碼和驅(qū)動適配等關(guān)鍵流程和問題，在大量實驗論證基礎(chǔ)上探索出行之有效的V2V 遷移方案，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)系統(tǒng)虛擬機在異構(gòu)平臺之間自動化、流程化和標準化遷移。

隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷發(fā)展和云計算技術(shù)水平的不斷提高，IaaS 層虛擬化平臺應(yīng)用在企業(yè)經(jīng)營、生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)中逐漸普及，國家電網(wǎng)有限公司（以下簡稱“國網(wǎng)公司”）基于開源KVM 技術(shù)自研的SGVCS 虛擬化平臺在功能、性能及易用性等各方面已能夠滿足業(yè)務(wù)建設(shè)和技術(shù)發(fā)展的需求。

圖1 國網(wǎng)某電力公司虛擬化平臺典型架構(gòu)

現(xiàn)狀分析

1.系統(tǒng)架構(gòu)

國網(wǎng)某電力公司IaaS應(yīng)用的虛擬化生產(chǎn)環(huán)境由VMware 平臺和SG-VCS 平 臺組成，分別部署在不同的信息機房數(shù)據(jù)中心，平臺架構(gòu)設(shè)計均沿用云計算主流虛擬化技術(shù)路線：主存采用FCSAN；計算節(jié)點由X86 物理服務(wù)器組成，通過將ESXI、KVM虛擬化引擎Hypervisor 部署在服務(wù)器實現(xiàn)虛擬化；控制節(jié)點Server 對包括宿主機、虛擬機、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源進行控制、管理；輔存包括操作系統(tǒng)鏡像文件、操作系統(tǒng)驅(qū)動文件、虛擬機磁盤備份文件等。其典型架構(gòu)如圖1 所示。

2.難點分析

國網(wǎng)某電力公司VMware平臺生產(chǎn)環(huán)境納管業(yè)務(wù)系統(tǒng)虛擬機546 臺，若通過在SGVCS 平臺重新部署業(yè)務(wù)系統(tǒng)的方式實現(xiàn)商業(yè)虛擬化軟件退運，按照平均一臺虛擬機遷移需耗時5 個工作日計算，完成遷移需2 730 個工作日，實施費用約300 萬 元，此方案耗費時間長、工作效率低、經(jīng)濟成本高。

為解決遷移工作過程中面臨的遷移成本高和工作效率低等難題，國網(wǎng)某電力公司充分借鑒云開源社區(qū)的遷移經(jīng)驗，通過對比分析商業(yè)VMware 平臺和SG-VCS 平臺的整體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)內(nèi)部的差異，梳理得出導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)無法直接由VMware 平臺遷移至SGVCS 平臺的關(guān)鍵性因素在于以下兩點：

（1）虛 擬 化引 擎。 即Hypervisor，—種運行在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層，當服務(wù)器啟動并執(zhí)行Hypervisor 時，它會加載所有虛擬機客戶端的操作系統(tǒng)同時會分配給每一臺虛擬機適量的內(nèi)存、CPU、網(wǎng)絡(luò)和磁盤。

VMware 采用裸機部署ESXI 虛擬化引擎，SG-VCS 則采用操作系統(tǒng)內(nèi)核安裝KVM 虛擬化引擎，在不同的虛擬化引擎上衍生出不同磁盤格式、磁盤驅(qū)動和網(wǎng)卡類型的虛擬機，引擎不同是異構(gòu)平臺虛擬機彼此不兼容的根本原因。

（2）管理數(shù)據(jù)庫。用于存放和管理整個系統(tǒng)的“元”數(shù)據(jù)和操作、告警信息，“元”數(shù)據(jù)是虛擬化平臺的各類軟硬件資源配置信息的合集，VMware 管理數(shù)據(jù)庫采用Oracle 數(shù)據(jù)庫，SG-VCS 則采用MariaDB 數(shù)據(jù)庫，不同的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)致SG-VCS 平臺無法直接共享使用VMware 平臺的各類數(shù)據(jù)資源，虛擬機配置信息不能有效同步和匹配。

關(guān)鍵技術(shù)

將虛擬機業(yè)務(wù)系統(tǒng)由VMware 平臺遷移至SG-VCS平臺的完整V2V 過程包括虛擬機配置數(shù)據(jù)遷移和虛擬機磁盤數(shù)據(jù)庫遷移，為盡可能的避免線下數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，提升工作效率，在遷移工作開展之前搭建數(shù)據(jù)傳輸通道，貫通VMware 平臺和SGVCS 平臺數(shù)據(jù)中心聯(lián)接的以太網(wǎng)絡(luò)和SAN 網(wǎng)絡(luò)，保證遷移過程中數(shù)據(jù)傳輸安全。

圖2 配置數(shù)據(jù)遷移流轉(zhuǎn)圖

1.配置數(shù)據(jù)遷移

國網(wǎng)某電力公司通過設(shè)計數(shù)據(jù)抽取工作流、編譯ETL代碼、封裝處理過程，完成VMware 平臺Oracle 數(shù)據(jù)庫中的元數(shù)據(jù)同步至SG-VCS平臺MariaDB 數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)虛擬機配置數(shù)據(jù)自動化、流程化遷移的目標，整個數(shù)據(jù)遷移流轉(zhuǎn)如圖2 所示。

虛擬機元數(shù)據(jù)抽取工作流，采用Java 語言編程實現(xiàn)ETL 處理過程，將VMware 平臺Oracle 數(shù)據(jù)庫的配置數(shù)據(jù)自動抽取到ODS 數(shù)據(jù)中心，匹配調(diào)度規(guī)則按照關(guān)鍵字段值進行自動轉(zhuǎn)換清洗后，存放到DW 數(shù)據(jù)倉庫。

清洗加工后的DW 虛擬機配置數(shù)據(jù)自動裝載成單個的XML 元數(shù)據(jù)文件，便于MD5 校驗和數(shù)據(jù)糾錯，最后將完整的XML 元數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入SGVCS 平臺的MariaDB 數(shù)據(jù)庫，

2.磁盤數(shù)據(jù)遷移

（1）在KVM 主 機 安 裝vmfs-tools、qemu-img 等 工具。vmfs-tools 是 一 套可以在Linux 操作系統(tǒng)中管理識別ESXI 主機文件系統(tǒng)的管理工具，為保證遷移過程中磁盤數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩咝?，需要借助安裝vmfs-tools 文件系統(tǒng)的管理工具掃描讀取vmdk 虛擬機磁盤文件，將VMware 平臺的主存儲直接映射掛載到SGVCS 平臺的KVM 主機。

（2）KVM 主 機 讀 取 到vmdk 虛擬機磁盤文件后，執(zhí)行qemu-img convert 磁盤格式轉(zhuǎn)換命令：

qemu-img convert [-c] [-f fmt] [-O output_fmt] [-o options] filename% [filename2 [...]] output_filename

將fmt 格式的filename鏡像文件根據(jù)options 選項轉(zhuǎn)換為格式為output_fmt的名為output_filename 的鏡像文件。一般來說，輸入文件格式fmt 由qemu-img工具自動檢測到，而輸出文件格式output_fmt 根據(jù)自己需要來指定，默認會被轉(zhuǎn)換為與raw 文件格式。

（3）通過dd 命令將轉(zhuǎn)換完成的虛擬機磁盤寫入SGVCS 平臺的主存儲，并適配KVM 虛擬機virtio 驅(qū)動，保證虛擬機正常啟動。

dd 是Linux 系統(tǒng)磁盤數(shù)據(jù)塊快拷貝命令，可從標準輸入或文件中讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)指定的格式來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再輸出到文件、設(shè)備或標準輸出，常見的使用方式如下：

執(zhí)行dd if=/path/file of=/path/file count=n bs=x（n 代表指僅拷貝n 個塊；x 代表 塊大小為x 個 字節(jié)）。

對上述VMware 平臺虛擬機磁盤掃描發(fā)現(xiàn)、磁盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、磁盤數(shù)據(jù)寫入SG-VCS平臺存儲等操作步驟進行編排和串聯(lián)，并封裝成圖形化工具，使整個磁盤數(shù)據(jù)遷移過程更加自動化、流程化和標準化。至此完成虛擬機跨平臺、跨數(shù)據(jù)中心磁盤數(shù)據(jù)遷移的全部操作過程。

總結(jié)

國網(wǎng)某電力公司通過深入研究商業(yè)VMware 和SGVCS 異構(gòu)虛擬化平臺之間的特點與差異，充分挖掘開源ETL 數(shù)據(jù)加工融合技術(shù)、qemu-img 磁盤轉(zhuǎn)碼技術(shù)和dd 磁盤鏡像拷貝技術(shù), 研發(fā)開源V2V 技術(shù)在異構(gòu)虛擬化平臺跨數(shù)據(jù)中心遷移的實現(xiàn)過程和圖形化處理工具，解決了因異構(gòu)虛擬化平臺管理數(shù)據(jù)庫不同、虛擬機的磁盤格式不兼容和驅(qū)動程序有差異而導(dǎo)致虛擬機無法直接跨平臺遷移整合的難題。和傳統(tǒng)重新部署應(yīng)用系統(tǒng)或采購商業(yè)V2V 遷移工具相比，采用開源V2V 遷移方案在短短60 個工作日內(nèi)，安全無差錯地跨平臺和數(shù)據(jù)中心遷移546 臺虛擬機業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提前高質(zhì)地完成了徹底退運商業(yè)VMware 平臺的目標任務(wù)，直接節(jié)約工期210 天、經(jīng)濟300萬元。