[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  \

             --disk path=/var/lib/libvirt/images/MyNewVM.img,size= \

             --vnc \

             --cdrom /var/lib/libvirt/images/Fedora--x86_64-Live-KDE.iso \

             --network network=default,mac=:::9c::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"></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></currentMemory>

  <memory></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></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

---------------------------------------------------

            -- :: + running

            -- :: + 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.