虚拟化技术纲要

虚拟化技术纲要内容摘要：

t OS， Guest OS 必须运行 在低于 Ring 0 的权限）。 但是这样一来 Guest 的兼容性会受到影响，并且原来 Guest OS 要在 Ring 0 上执行的指令都必须经过 hypervisor 翻译才能运行，速度会有所下降。 硬件辅助的完全虚拟化需要 CPU硬件支持，有 INTEL的 VT和 AMD的 AMDV两种技术，只有支持这两种技术的 CPU 才可以使用。 硬件辅助的虚拟化把虚拟机管理程序本身放到比 Ring 0 还低的模式运行（比如 Ring 1），而把 Guest OS 放到 Ring 0，这样兼容性得到了提高，不过因为第一代硬件虚拟技术 (VT 和 AMDV)实 现上还不够成熟，所以效率上并不比传统的完全虚拟化更高。 优点 完全虚拟化的速度要比硬件仿真的速度要快， 但是其性能低于裸硬件， 因为中间经过了 hypervisor 的协调过程。 完全虚拟化的最大优点是操作系统无需任何修改就可以直接运行。 此外完全虚拟化还可使实现同时支持多个操作系统。 缺点 操作系统必须要支持底层硬件（例如 PowerPC）。 代表产品 传统的完全虚拟化的产品主要有 Vmware Workstation / Server， Virtual PC / Server， Parallel Workstation 等。 硬件辅助的虚拟化受到很多产品的支持，目前传统的完全虚拟化产品也都开始对硬件辅助的虚拟化进行支持，比如 Vmware Workstation / Server 和 VirtualBox 都开始支持 VT 和 AMDV，并且在它们上面想要项目名称 第 6 页 运行 64 位的 Guest OS 还必须使用硬件辅助的虚拟化。 半 虚拟化 工作原理 半虚拟化（ paravirtualization），可以提供极高的性能，与完全虚拟化有一些类似。 这种方法使用了一个 hypervisor 来实现对底层硬件的共享访问， 将与虚拟化有关的代码集 成到了操作系统本身中。 与硬件辅助的完全虚拟化有一点相似是 hypervisor 运行在 Ring 1，而 Guest OS 运行在 Ring 0 上。 半虚拟化工作原理如下图所示： 图 6： 半虚拟化 优点 半虚拟化比完全虚拟化效率更高，速度更快 ， 提供了与未经虚拟化的系统相接近的性能。 缺点 半虚拟化有一个缺点是必须修改客户操作系统，因为半虚拟化为了提高效率，必须要让 Guest OS 本身意识到自己运行在虚拟机上，所以在 Guest OS 的内核中需要有方法来与 hypervisor 进行协调，这个缺点很大的影响了半虚拟化技术的普及，因为 Linux 等系统可以修改，而其它不能修改的系统就不能用了。 代表产品 半虚拟化的代表产品是 Xen【 zen】 ， Vmware ESX Server， Microsoft HyperV R1。 Xen通过给 Linux内核打补丁，使 Host OS本身也运行在虚拟机上（叫做 Domain 0），项目名称 第 7 页 其它的虚拟机叫做 Domain U(Domain U 需要为 Xen 进行修改 )。 HyperV 和 Xen 比较相似， HyperV 目前集成在 Windows 2020 中，没启用 HyperV 时，只是一个普通的 Windows 2020，一旦启用了 HyperV，那么 HyperV一开始就运行，而 Windows 2020 则在之上成为第一个虚拟机（叫做 Parent partition，与 Xen 的 Domain 0 相似），在 HyperV 上运行的其它虚拟机应该也需要修改，不过 Windows 2020 已经修改过了所以可以在 HyperV上运行。 Vmware ESC Server 本身集成在一个以 Linux为基础的系统上，其架构和 Xen 及 HyperV 也是比较相似的。 操作系统 虚拟化 工作原理 操作系统级的虚拟化在操作系统本身之上实现服务器的虚拟化 ， 特点是一个单一的节点运行着唯一的操作系统实例。 通过在这个系统上加装虚拟化平台，可以将系统划分成多个独立隔离的容器，每个容器是一个虚拟的操作系统，被称为虚拟环境 ， 也成为虚拟专用服务器。 操作系统级的虚拟化原理如下图所示： 图 7： 操作系统虚拟化 优点 操作系统级虚拟化技术直接和物理设备进行交换，极大的提高了系统性能。 缺点 操作系统级的虚拟化要求对操作系统的内核进行一些修改，但是其优点是可以获得原始性能。 项目名称 第 8 页 代表产品 操作系统级虚拟 以 WMware ESX/ESXI 和微软公司的 Hyperv Server 2020 R2服务器操作系统的典型应用，也是目前虚拟化技术领域的领跑者。 项目名称 第 9 页 第三章 虚拟化应用分类 虚拟化技术按照其应用 传统领域的应用 可以分为 服务器虚拟化、展现层虚拟化、桌面虚拟化和应用程序虚拟化。 如下图所示： 图 8： 虚拟化应用示意图 伴随云计算技术的如火如荼， 出现了 新的虚拟化应用 形式： 存储虚拟化和网络虚拟化。 服务器虚拟化 服务器虚拟化技术 可以使一台物理服务器变成若干台相互隔离的虚拟服务器，也可以将数台物理服务器整合为一台虚拟服务器，将原本独立的计算资源汇聚成可动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率、简化管理、降低维护成本，使得 IT 对业务的变化更具适应力。 项目名称 第 10 页 图 9： 服务器虚拟化示意图 桌面虚拟化 桌面虚拟化（ Desktop virtualization） 是一种基于服务器的计算模型，并且借用了传统的瘦客户端的模型，让管理员与用户能够同时获得两种方式的优点：将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理；同时用户能够获得完整 PC 的使用体验。 用户可以通过瘦客户端，或者类似的设备在局域网或者远程访问获得与传统 PC 一致的用户体验。 桌面虚拟化从实现方法上主要分为三种：远程托管桌面（如： Windows 远程桌面）、远程操作系统（无盘工作站，如 XenDesktop）、本地虚拟操作系统（ WMware WS）。 桌面虚拟化工作原理如下图所示： 项目名称 第 11 页 应用 程序 虚拟化 应用程序虚拟化是 伴随最近几年才兴起的虚拟化应用领域，它改变了应用程序需要本地安装的传统方式，以 我们常用的 Office 软件为例： 不管用户是从 DVD软件盘中安装，还是从企业服务器中下载安装，大 都采用的是将全部应用程序安装在个人电脑的硬盘之上。 而对于应用程序虚拟化来说，其具体操作流程为：Office 软件应用程序被安装在组织服务器中，但可以被组织内部网络中的每个成员远程使用。 最典型的应用时 Google Docs，用户可以注册一个账号，然后即可以使用在线文档编辑应用软件。 展现层虚拟化 展现层虚拟化能通过界面来远程使用另外一台计算机上运行的应用程序。 比如，使用微软的 Windows Server Terminal Services，桌面应用程序可以运行在一台共享服务器上，将用户界面呈现在远程用户的终端上。 项目名称 第 12 页 图 10： 展现层虚拟化 存储虚拟化 存储虚拟化的方式是将整个 系统的存储资源进行统一整合管理，为用户提供一个统一的存储空间。 存储虚拟化工作原理如下图所示： 图 11： 存储虚拟化 存储虚拟化技术的典型应用是以 Hadoop 为代表的分布式文件存储系统和以项目名称 第 13 页 NoSQL 为代表的分布式数据库系统 为代表。 项目名称 第 14 页 第四章 虚拟 化产品介绍 VMware 系列 产品清单 产品 说明 技术 类别 应用领域 VMware Workstation 虚拟机软件， 可以在同一台电脑上开发和测试适用于 Microsoft Windows, Linux 或者 NetWare的复杂网络服务器应用程序。 支持： Windows2020 以上和 Linux 特点： 没有 web远程管理和客户端管理。 完全虚拟化 桌面虚拟化 VMware View4 桌面虚拟化 VMware Server 面向 x86 与 x8664 服务器。 作为商业版VMware GSX Server 的继任者， VMware Server for Linux/Windows允许用户同时运行多个操作系统。 面向 工作组 的部门级虚拟机产品。 半虚拟化 数据中心 VMware GSX Server 一套为关键商业环境所打造的企业级的虚拟服务器软件。 VMware GSX Server 是市面上最具弹性且最容易部署的虚拟服务器软件。 支持： Windows 2020 Server 以上和 Linux（ RH、SuSe） 带有远程 web管理和客户端管理功能。 半虚拟化 数据中心 VMware ESX Server 适用于任何系统环境的企业级的虚拟计算机软件。 带有远程 web管理和客户端管理功能。 特点：不需要操作系统支持，本身就是一个操作系统。 操作系统虚拟化 数据中心 VMware vSphere 是一整套虚拟化应用产品，它包含 VMware ESX Server VMware Virtual Center 、最高支持 8路的虚拟对称多处理器（ Virtual SMP）和 VMotion，以及例如 VMware HA、 VMware DRS 和 VMware 统一备份服务等分布式服务。 X 云计算基础架构 VMware Player VMware Player 最大的不同之处就是省去了制作虚拟机的功能，就像其名字一样，它只是一个系统“播放器”，而不能用于创建虚拟系统。 X X VMware Converter VMware Converter 是一款能将物理机系统转化为一个虚拟机映像文件的工具，而且生成的映像可以在 VMware 虚拟机软件中使用。 X X 项目名称 第 15 页 VMware WS 与 VMware Server 区别 图 12： VMware Workstation 与 Server区别 VMware Server 与 VMware ESX Server 区别 二者之间的区别主要体现在虚拟化技术的不同， VMware Server 是半虚拟化技术的产品，而 VMware ESX Server 则是操作系统虚拟化的产品。 项目名称 第 16 页 图 13： VMware Server 与 VMware ESX Server 对比 VMware vSphere 介绍 VMware vSphere 将大量的虚拟机和物理基础架构汇聚到一个单一的逻辑资源池或云规模的“计算装置”，从而创建了“二十一世纪的大型机”。 VMware VSphere 架构 图： 项目名称 第 17 页 图 14： VMware Sphere 分层架构图 VMware vSphere 4 可以汇聚如下资源： 173。 32 台物理服务器，总计 2048 个处理器 173。 1280 个虚拟机 173。 32TB 的随机存取存储器 173。 16PB 的存储量 173。 8000 个网络端口 Microsoft 系列 产品清单 产品 说明 技术类别 应用领域 Virtual PC 2020 虚拟机 全虚拟 化 桌面虚拟化 Virtual PC 2020 虚拟机 全 虚拟化 桌面虚拟项目名称 第 18 页 化 Windows Virtual PC 虚拟机 全虚拟化 桌面虚拟化 Virtual Server 2020 支持 远程控制客户端 全虚拟化 服务器虚拟化 Virtual Server 2020 支持 远程控制客户端 全虚拟化 服务器虚拟化 Virtual Server 2020 支持 远程控制客户端 全虚拟化 服务器虚拟化 HyperV R1 依附于 Windows Server 2020 半虚拟化 服务器虚拟化 HyperV Server 2020 R2 支持独立安装 操作系统虚拟化 Virtual PC 与 Virtual Server 的 对比 项目 Virtual PC Virtual Server 宿主 操作系统 Windows XP Professional Windows 2020 Professional Windows XP Tablet PC Edition x86（ 32位）版本的 Virtual Server支持以下宿主操作系统： Windows Server 2020 (Standard, Enterprise, and Datacenter Editions)。