掃盲：虛擬化基礎(chǔ)知識

2009-09-21 15:11:54

云計算

虛擬化 大概是因為不完全了解虛擬化系統(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。

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虛擬化很多人都了解一點，但是對于全面的虛擬化基礎(chǔ)知識，還是有人不了解。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)，但是那些不了解虛擬化的終端用戶仍然會因為這些說法而猶豫不決。大概是因為不完全了解虛擬化系統(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，說一說虛擬化基礎(chǔ)知識。

虛擬化基礎(chǔ)知識之虛擬化的本質(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?，如果要看計算機架構(gòu)的話，虛擬化正是計算機的本質(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。因為虛擬化hypervisor是運行在操作系統(tǒng)上層的，所以會被認(rèn)為有些抽象。不過，如果試著從計算機結(jié)構(gòu)來理解的話，也不是那么晦澀。

虛擬化基礎(chǔ)知識之虛擬化類型：主機型和hypervisor型

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

主機型是將虛擬化軟件作為一個應(yīng)用安裝在主機操作系統(tǒng)中。虛擬硬件包括主機操作系統(tǒng)中的虛擬化軟件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用。因為是被作為一個應(yīng)用，所以操作系統(tǒng)不是那么快。

主機型虛擬化的問題在于，如果主機操作系統(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。

主機型虛擬化是在運行在操作系統(tǒng)上的，而hypervisor型虛擬化是直接運行在硬件上

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)動程序進行獨立管理，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。

而且因為Domain 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)境中模擬實際存在的硬件。因此，在虛擬環(huán)境中運行的操作系統(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)境中運行的操作系統(tǒng)都需要對應(yīng)的驅(qū)動程序。

虛擬化基礎(chǔ)知識之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)境下運行，但是舊的服務(wù)器已經(jīng)不能再利用了。而且，遷移到***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。

使用臺式計算機也可以進行虛擬化測試

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)器進行虛擬化測試。但是，考慮到當(dāng)前的經(jīng)濟危機，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進行測試。現(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，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10萬日元左右就可以買到了，配置Phenom II大概要8萬美元。由于要測試實時遷移功能，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30萬日元吧。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。

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