虛擬化概念入門：從結(jié)構(gòu)剖析虛擬化本質(zhì)

作者：佚名 2009-05-04 18:05:58

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虛擬化 虛擬化到底是什么？虛擬化原本是指資源的抽象化，也就是單一物理資源的多個邏輯表示，或者多個物理資源的單一邏輯表示。具體到服務(wù)器虛擬化，就是多個物理資源的單一邏輯表示。另外，存儲虛擬化就是這種模式的一個例子。

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虛擬化技術(shù)雖然被大家談得很熱，但是真正什么是虛擬化技術(shù)，很多人還不了解，這導(dǎo)致了人們對虛擬化的誤解，影響了虛擬化應(yīng)用。很多用戶認(rèn)為，在采用虛擬化技術(shù)的時候經(jīng)常會發(fā)生性能下降和系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。即使信息技術(shù)管理員很了解虛擬化技術(shù)，但是那些不了解的虛擬化的終端用戶仍然會因?yàn)檫@些說法而猶豫不決。大概是因?yàn)椴煌耆私馓摂M化系統(tǒng)的緣故吧，所以有些人對虛擬化技術(shù)沒有太好的印象，反而“總覺得難受”。如果有這種印象的話，虛擬化技術(shù)在企業(yè)領(lǐng)域發(fā)展估計不會多順利。

因此在這里，我們將解釋虛擬化到底是什么。

虛擬化計算機(jī)的本質(zhì)

虛擬化，原本是指資源的抽象化，也就是單一物理資源的多個邏輯表示，或者多個物理資源的單一邏輯表示。具體到服務(wù)器虛擬化，就是多個物理資源的單一邏輯表示。另外，存儲虛擬化就是這種模式的一個例子。

對不了解虛擬化的終端用戶來說，聽到上面說“單一物理資源的多個邏輯表示”，往往會認(rèn)為“虛擬化技術(shù)也太抽象了”?？墒?，如果要看計算機(jī)架構(gòu)的話，虛擬化正是計算機(jī)的本質(zhì)。

想一下，PC同時啟動使用郵件和web瀏覽器等多個應(yīng)用，這時候你就會理解虛擬化技術(shù)。在這個情況下，操作系統(tǒng)把PC物理資源抽象化了，將多個應(yīng)用集中到一個物理資源環(huán)境下。因?yàn)樘摂M化hypervisor是運(yùn)行在操作系統(tǒng)上層的，所以會被認(rèn)為有些抽象。不過，如果試著從計算機(jī)結(jié)構(gòu)來理解的話，也不是那么晦澀。

虛擬化的主要類型：主機(jī)型和hypervisor型

虛擬化的類型大致可以分為主機(jī)型和hypervisor型。當(dāng)虛擬化最初應(yīng)用于PC時的主流類型是主機(jī)型。

主機(jī)型是將虛擬化軟件作為一個應(yīng)用安裝的主機(jī)操作系統(tǒng)中。虛擬硬件包括主機(jī)操作系統(tǒng)中的虛擬化軟件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用。因?yàn)槭潜蛔鳛橐粋€應(yīng)用，所操作系統(tǒng)不是那么快。

主機(jī)型虛擬化的問題在于，如果主機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)生故障，就會波及到作為該操作系統(tǒng)一個應(yīng)用的虛擬化軟件。而且，在硬件模擬過程中也會發(fā)生諸多問題。

接下來是hypervisor型。hypervisor型是指通過低層級軟件讓多個操作系統(tǒng)得以共享相同的硬件設(shè)備。

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虛擬化捉摸不透?從結(jié)構(gòu)剖析虛擬化

主機(jī)型虛擬化是在運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的，而hypervisor型虛擬化是直接運(yùn)行在硬件上如果向hypervisor編入設(shè)備驅(qū)動程序的話，那么設(shè)備驅(qū)動程序?qū)绊懱摂M化環(huán)境的穩(wěn)定性。同時，如果嵌入兩個或者更多驅(qū)動程序的話，那么hypervisor就會快速擴(kuò)張，支持硬件就會被限制于ESX/ESXi下。

可以通過使用作為Domain 0的操作系統(tǒng)驅(qū)動程序來減少hypervisor操作系統(tǒng)使用每個虛擬環(huán)境Domain 0的驅(qū)動程序進(jìn)行獨(dú)立管理，并且適用于Hyper-V和Xen。

因此，hypervisor程序是虛擬化的基礎(chǔ)，程序越小，開銷越小，虛擬環(huán)境速度越高。

而且因?yàn)镈omain 0中使用Windows和Linux等操作系統(tǒng)，即使不開發(fā)專門的hypervisor驅(qū)動程序，操作系統(tǒng)也可以利用驅(qū)動程序。所以域虛擬化對應(yīng)的硬件種類要比利用專有驅(qū)動程序的虛擬化軟件更多。

隨著虛擬化軟件的升級更新，虛擬化架構(gòu)已經(jīng)從完全虛擬化轉(zhuǎn)向半虛擬化。

完全虛擬化是指在虛擬環(huán)境中模擬實(shí)際存在的硬件。因此，在虛擬環(huán)境中運(yùn)行的操作系統(tǒng)可以支持現(xiàn)有硬件的驅(qū)動程序。雖然驅(qū)動程序方面兼容性很高，但是為了模擬硬件，在虛擬環(huán)境中調(diào)用現(xiàn)有硬件中的驅(qū)動器程序可能會降低系統(tǒng)的整體性能。

半虛擬化要準(zhǔn)備規(guī)定的虛擬硬件。對應(yīng)的驅(qū)動程序被集成到虛擬機(jī)中，并被操作系統(tǒng)所使用。

另一個是半虛擬化。由于半虛擬化不是模擬現(xiàn)實(shí)的硬件，因此，域虛擬硬件相關(guān)的軟件就變得很簡單，可以作為一個整體高速地運(yùn)行。

但是，為了給半虛擬化提供虛擬硬件，每個虛擬化環(huán)境中運(yùn)行的操作系統(tǒng)都需要對應(yīng)的驅(qū)動程序。

hypervisor的性能也會隨著CPU而改變

說不定讀到這里，你會覺得似乎虛擬化全部是關(guān)于軟件方面的。不過，像AMD的Opteron和Intel的Xeon這樣的硬件也提供了虛擬化功能。例如，Intel CPU中擴(kuò)展頁表(IntelVT Extended Page Tables)的全新支持可通過減少頁表虛擬化帶來的開銷進(jìn)一步提高虛擬化性能。

此外，Intel還提供了I/O虛擬化功能“VT-d”和網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能“VT-c”。同時，AMD即將在2009年下半年推出的Fiorano平臺(RD890芯片組系列)也會支持IOMMU虛擬化功能。

這種硬件方面的虛擬化支持功能每天都是在更新的，可以說并不是在虛擬環(huán)境中使用舊的服務(wù)器，而是導(dǎo)入新的服務(wù)器，遷移舊服務(wù)器上的任務(wù)。雖然舊的服務(wù)器還可以在虛擬化環(huán)境下運(yùn)行，但是舊的服務(wù)器已經(jīng)不能再利用了。而且，遷移到最新服務(wù)器上，不僅能耗和散熱量都有所降低，服務(wù)器本身的成本和性能并沒有增加多少。

需要注意的是，如果hypervisor不支持的話，這些功能都是無法使用的。

使用臺式計算機(jī)也可以進(jìn)行虛擬化測試

談到CPU的虛擬化功能，那就必須要對裝載了Xeon或者Opteron的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化測試。但是，考慮到當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，要購買測試用服務(wù)器可能要數(shù)十萬日元吧。而且，測試時要使用多個虛擬化服務(wù)器，測試虛擬服務(wù)器在虛擬環(huán)境之間的實(shí)時遷移功能，最少也要使用兩臺同樣規(guī)格的服務(wù)器。

在這里我們推薦使用虛擬化的臺式計算機(jī)進(jìn)行測試?，F(xiàn)在市場中已經(jīng)有采用了Intel Core i7或者AMD Phenom II等CPU的臺式計算機(jī)，從CPU方面來看，這和服務(wù)器虛擬化功能是一樣的。

如果使用配置了Core i7的臺式電腦的話，只要數(shù)百美元左右就可以買到了，配置Phenom II大概更低。由于要測試實(shí)時遷移功能，所以需要購買兩臺，同時還要買BUFFLO的低成本iSCSI存儲，整個測試環(huán)境大約需要上千美元吧。當(dāng)然，如果測試條件很好的話，你可以購買服務(wù)器，你也可以根據(jù)業(yè)務(wù)水平來使用桌面PC。而且，如果你們并不是適合于使用虛擬化技術(shù)的話，可以使用桌面PC測試虛擬化就沒有太大意義了。如果廠商免費(fèi)提供hypervisor的話，那么為何不嘗試一下用這種方法做測試？如果嘗試一下，你對虛擬化的印象一定會有所改變。

虛擬化技術(shù)沒有那么深奧，但是真正用好虛擬化技術(shù)也不是一件容易的事情。

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