虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)發(fā)展史

讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來自于我們對這個行業(yè)的熱愛。我們立志把好的技術(shù)通過有效、簡單的方式提供給客戶，將通過不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價值的長期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項目有：域名申請、虛擬空間、營銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、項城網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

虛擬化技術(shù)最早出現(xiàn)在大型機時代。上世紀(jì)60年代，IBM開始在其CP-40大型機系統(tǒng)中嘗試虛擬化的實現(xiàn)，后來在System/360-67中采用，并衍生出VM/CMS到后來的z/VM等產(chǎn)品線。大型機上的虛擬化技術(shù)在之后20多年的發(fā)展中愈發(fā)成熟，但隨著小型機以及x86的流行，大型機在新興的服務(wù)器市場中已經(jīng)失去了影響力。

由于處理器架構(gòu)的不同，在大型機上已經(jīng)成熟的虛擬化技術(shù)卻并不能為小型機及x86所用。直到2001年，VMware發(fā)布了第一個針對x86服務(wù)器的虛擬化產(chǎn)品。之后的幾年間，英國劍橋大學(xué)的一位講師發(fā)布了同樣針對x86虛擬化的開源虛擬化項目Xen，并成立XenSource公司（07年Citrix將其收購）；惠普發(fā)布了針對HP-UX的Integrity虛擬機；Sun跟Solaris 10一同發(fā)布了同時支持x86/x64和SPARC架構(gòu)的Solaris Zone；而微軟也終于在2008年發(fā)布的Windows Server 2008 R2中加入了Hyper-V。期間，VMware被EMC收購，XenSource則被思杰收購。

之后的幾年間，VMware逐漸在企業(yè)級市場中被廣泛的接受，Xen也逐漸在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展露頭角。在成熟的服務(wù)器操作系統(tǒng)當(dāng)中，Novell SUSE Linux Enterprise 10是第一個采用Xen技術(shù)的。當(dāng)時的Xen還很不成熟，乃至于紅帽還為此取笑了Novell一番；不過幾個月后，到了RHEL 5.0發(fā)布的時候，紅帽決定也將Xen加入到自己的默認(rèn)特性當(dāng)中——那是2006年。一時之間，在Linux服務(wù)器領(lǐng)域，Xen似乎成為了 VMware之外的虛擬化選擇（事實上也沒多少其他可選的）。

但是，作為一項Linux平臺上的虛擬化技術(shù)，Xen在很長一段時間內(nèi)一直沒有被接受到Linux內(nèi)核的代碼當(dāng)中，這對于Xen的維護(hù)者而言，不僅意味著要多做很多工作，還意味著用戶在廢了半天勁裝好Xen之后可能遇到意想不到的問題（注：2011年6月發(fā)布的Linux內(nèi)核3.0中已經(jīng)加入了對Xen的支持——Xen的工程師們表示這是清理了7年遺留代碼、提交了600多個補丁的成果）。

而紅帽方面，也許是因為當(dāng)時對這種脫離內(nèi)核的維護(hù)方式很不爽，也許是因為采用Xen的RHEL在企業(yè)級虛擬化方面沒有贏得太多的市場，也許是因為思杰跟微軟走的太近了，種種原因，導(dǎo)致其萌生了放棄Xen的心思。2008年9月，紅帽收購了一家名叫Qumranet的以色列小公司，由此入手了一個叫做KVM的虛擬化技術(shù)（KVM，全稱Kernel-based Virtual Machine，意為基于內(nèi)核的虛擬機）。

總之紅帽決定選擇了一個新興的基于內(nèi)核的虛擬化技術(shù)：KVM。而在正式采用KVM一年后，就宣布在新的產(chǎn)品線中徹底放棄Xen，集中資源和精力進(jìn)行KVM的工作。至此各大虛擬化技術(shù)VMware，Xen，KVM等均出現(xiàn)，并找到自己位置。

全虛擬化(Full Virtualization)

全虛擬化也成為原始虛擬化技術(shù)，該模型使用虛擬機協(xié)調(diào)Guest操作系統(tǒng)和原始硬件，VMM在Guest操作系統(tǒng)和裸硬件之間用于工作協(xié)調(diào)，一些受保護(hù)指令必須由Hypervisor（虛擬機管理程序）來捕獲處理。

全虛擬化主要是在客戶操作系統(tǒng)和硬件之間捕捉和處理那些對虛擬化敏感的特權(quán)指令，使客戶操作系統(tǒng)無需修改就能運行，速度會根據(jù)不同的實現(xiàn)而不同，但大致能滿足用戶的需求。這種方式是業(yè)界現(xiàn)今最成熟和最常見的，而且屬于 Hosted 模式和 Hypervisor 模式的都有，知名的產(chǎn)品有IBM CP/CMS、VirtualBox、KVM、VMware Workstation和VMware ESX（它在其4.0版，被改名為VMware vSphere）。

全虛擬化的運行速度要快于硬件模擬，但是性能方面不如裸機，因為Hypervisor需要占用一些資源。

·優(yōu)點：Guest OS無需修改，速度和功能都非常不錯，更重要的是使用非常簡單，不論是 VMware 的產(chǎn)品，還是Oracle的 VirtualBox。

·缺點：基于Hosted模式的全虛擬產(chǎn)品性能方面不是特別優(yōu)異，特別是I/O方面。

未來：因為使用這種模式，不僅Guest OS免于修改，而且將通過引入硬件輔助虛擬化技術(shù)來提高其性能，在未來全虛擬化還是主流。

半虛擬化(Para Virtualization)

半虛擬化是另一種類似于全虛擬化技術(shù)，它使用Hypervisor分享存取底層硬件，但是它的Guest操作系統(tǒng)集成了虛擬化方面代碼。該方法無需重新編譯或引起陷阱，因為操作系統(tǒng)自身能夠與虛擬進(jìn)程進(jìn)行很好的協(xié)作。

它與完全虛擬化有一些類似，它也利用Hypervisor來實現(xiàn)對底層硬件的共享訪問，但是由于在Hypervisor 上面運行的Guest OS已經(jīng)集成與半虛擬化有關(guān)的代碼，使得Guest OS能夠非常好地配合Hyperivosr來實現(xiàn)虛擬化。通過這種方法將無需重新編譯或捕獲特權(quán)指令，使其性能非常接近物理機，其最經(jīng)典的產(chǎn)品就是Xen，而且因為微軟的Hyper-V所采用技術(shù)和Xen類似，所以也可以把Hyper-V歸屬于半虛擬化。

（半虛擬化由于需要修改VM操作系統(tǒng)的內(nèi)核，所以沒法支持windows這樣閉源OS，于是后來Xen也利用CPU虛擬化技術(shù)開始支持全虛擬化了，所以目前Xen支持半虛擬化和全虛擬化兩種）

半虛擬化需要Guest操作系統(tǒng)做一些修改，使Guest操作系統(tǒng)意識到自己是處于虛擬化環(huán)境的，但是半虛擬化提供了與原操作系統(tǒng)相近的性能。

· 優(yōu)點：這種模式和全虛擬化相比架構(gòu)更精簡，而且在整體速度上有一定的優(yōu)勢。

· 缺點：需要對Guest OS進(jìn)行修改，所以在用戶體驗方面比較麻煩。

未來：情況比較類似，在公有云（比如Amazon EC2）平臺上應(yīng)該繼續(xù)占有一席之地，但是很難在其他方面和類似VMware vSphere這樣的全虛擬化產(chǎn)品競爭，同時它也將會利用其它技術(shù)來提高速度，并簡化架構(gòu)。

虛擬化廠商

VMware簡介

· VMware的歷史

早在1998年時，畢業(yè)于MIT的Diane Greene察覺到計算機資源的使用率過低，因此和Dr. Mendel Rosenblum、Scott Devine、Dr. Edward Wang以及Edouard Bugnion等人成立了VMware公司，專精于OS in OS的軟件，期待能完全發(fā)揮硬件的性能，并為當(dāng)時的專業(yè)IT人員提供一個測試、評估的低成本環(huán)境。

1．X86平臺上的第一個虛擬機產(chǎn)品：VMware Workstation

當(dāng)時VMware Workstation一上市就打響，使得VMware直接成為虛擬機的代名詞。然而Windows系統(tǒng)的相對不穩(wěn)定性，讓VMware的工程師們把目光投向了相對較穩(wěn)定的Linux系統(tǒng)，因此在VMware Workstation成功推出不久之后，也出現(xiàn)了Linux版本的產(chǎn)品，讓Linux下的用戶也可以同時運行Windows或其他的Linux套件。

2．Linux下的虛擬機產(chǎn)品

雖然解決了Windows的問題，VMware Workstation仍然無法擺脫寄居在固定操作系統(tǒng)上的恐懼。既然選擇了較為穩(wěn)定的Linux，VMware也順勢推出了運行在RedHat、Mandrake和SUSE Linux下的VMware GSX Server，并且也擁有Web端的管理和客戶端的管理程序。在Linux下，VMware較不需要擔(dān)心病毒或黑客的攻擊，而操作系統(tǒng)本身宕機帶來的危險性也相對較小，因此在2000年初期，Linux成為VMware產(chǎn)品充分發(fā)揮的最好舞臺。而VMware也在2000年的初期在Linux下推出了VMware GSX Server產(chǎn)品，這也是后來推出VMware Server版的基礎(chǔ)。當(dāng)然在GSX Server上的特色，就是使用了Client/Server架構(gòu)的管理界面，更可以使用瀏覽器來連入GSX Server來管理。

KVM

KVM Kernel-based Virtual Machine的簡稱，是一個開源的系統(tǒng)虛擬化模塊，自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各個主要發(fā)行版本中。它使用Linux自身的調(diào)度器進(jìn)行管理，所以相對于Xen，其核心源碼很少。KVM目前已成為學(xué)術(shù)界的主流VMM之一。06年之前，Linux內(nèi)核中還沒有任何虛擬化實現(xiàn)，Xen和Vmware依靠自己獨有的技術(shù)分別在虛擬化不同領(lǐng)域如日中天，尤其值得一提的是，Xen在開源領(lǐng)域幾乎成為了虛擬化的事實標(biāo)準(zhǔn)。Avi Kivity和他所在的以色列初創(chuàng)公司Qumranet提出并推動KVM（基于Linux內(nèi)核的全虛擬化方案），以其精簡的架構(gòu)，清晰的定位很快獲得Linux社區(qū)多數(shù)開發(fā)人員的支持得以快速被合并進(jìn)入主干，以Avi Kivity為主的工程師僅僅花了不到一年時間就讓Linux社區(qū)接受KVM的設(shè)計方案并且通過了代碼Review，最終于2006年10月合并進(jìn)入2.6.20主干，時至今日，人們依然對于KVM合并進(jìn)入Linux主干的速度之快感到不可思議。

為什么那么多的大公司對KVM感興趣?其中最明顯并且最重要的因素就是KVM是Linux內(nèi)核的一部分。這個輕量級的虛擬化管理程序模塊能直接與硬件交互，不需要修改虛擬化操作系統(tǒng)，因此性能更好，并且補丁包能夠和Linux內(nèi)核兼容，輕松控制虛擬化進(jìn)程，同時減輕管理負(fù)擔(dān)。

當(dāng)然，KVM也有成長的煩惱。KVM究竟屬于Type 1還是Type 2hypervisor呢?出現(xiàn)這種疑惑的原因在于KVM的基因——它屬于操作系統(tǒng)的一部分，類似直接運行于硬件系統(tǒng)之上的裸機管理程序，不需要修改操作系統(tǒng)。這就符合Type 1 hypervisor的定義，也經(jīng)常被稱為硬件虛擬化引擎，更像是個安裝在客戶端上的操作系統(tǒng)，性能佳，運行穩(wěn)定，減少了運行管理程序本身所需的花銷。

而Type 2 hypervisor更像是個應(yīng)用，運行在基礎(chǔ)操作系統(tǒng)上。如果將KVM看作Type 2，那么所強調(diào)的高性能難達(dá)到，還可能存在安全風(fēng)險。其實，對Type 1和Type 2的討論不是是否采納KVM的前提。無論KVM是“第一類”還是“第二類”，這都是語義上的概念。

此外，就是所有新生技術(shù)在發(fā)展中都會面臨的難題：技術(shù)不成熟。KVM的出現(xiàn)不過三四年時間，在可用資源、平臺支持、管理工具、實施經(jīng)驗方面當(dāng)然不能與出現(xiàn)八年之久的Xen相比。雖然目前KVM還缺少某些關(guān)鍵特性，例如存儲的動態(tài)遷移，但是在后續(xù)的版本中都會開發(fā)出來。

性能方面，KVM在逐漸顯示其威力。不久前的SPECvirt虛擬化對照基準(zhǔn)測試中，紅帽企業(yè)Linux 6.1、其內(nèi)嵌的KVM hypervisor以及惠普ProLiant DL980 G7服務(wù)器三者結(jié)合，創(chuàng)造了新的成績——的虛擬化性能和最多的計算區(qū)塊數(shù)量，并且六臺虛擬機能同時運行一個應(yīng)用程序。

雖然只是新生技術(shù)，但是由于其性能和實施的簡易性，加上Linux企業(yè)市場中份額的紅帽不遺余力的推廣開發(fā)，KVM將會持續(xù)成長壯大。

Hyper-V

在2006年VMware將其Server產(chǎn)品免費化之后，整個虛擬機的市場立即產(chǎn)生了變化。原來大家心中的"OS in OS"觀念立即提升到新的境界。微軟是第一個發(fā)現(xiàn)這個龐大市場的競爭對手，也在當(dāng)時立即宣稱投入企業(yè)級的虛擬機市場，并在2008年成功推出了Hyper-V。在2010年發(fā)布的Windows Server 2008 R2發(fā)布支持Live/Quick Migration的Hyper-V R2更新版，支持不需要重新啟動的立即轉(zhuǎn)移，

Hyper-V并不是一個獨立的產(chǎn)品，而是很適當(dāng)?shù)厝谌肓薟indows Server 2008系統(tǒng)中的"角色（Role）"。在Windows Server 2008中要安裝Hyper-V，必須以角色的方式將主機配置成虛擬機角色。這一點也讓初次接觸虛擬機的人直接懷疑Hyper-V原生是否真的是原生架構(gòu)。既然需要一個Windows Server 2008當(dāng)做宿主的操作系統(tǒng)，Hyper-V原生怎么會是原生架構(gòu)的呢？

1. Windows Server 2008是第一個虛擬機

原生架構(gòu)的最重要特色反而不是宿主的OS，而是Hypervisor的位置。如果Hypervisor的位置是在Ring 0或是Ring 1，只要能掌控其上的客戶端OS，并且為客戶端OS提供監(jiān)控和分配的服務(wù)，那么運行了Hyper-V的Windows Server 2008本身，是可以被視為一個客戶端OS的。

在啟動Hyper-V之前，Windows Server 2008就是一個普通的Windows Server操作系統(tǒng)。整個操作系統(tǒng)掌握了所有的資源，所有的硬件都被操作系統(tǒng)直接訪問。此時，計算機是沒有虛擬機功能的，安裝Virtual Server/PC或是VMware Workstation/Server均可以順利運行。

2．特殊的原生角色

然而啟動了Hyper-V的角色之后，系統(tǒng)的本質(zhì)即發(fā)生變化。首先在開機時，會載入hvboot.sys文件，這就是Hyper-V的Hypervisor；載入hvboot.sys之后，以后加載的操作系統(tǒng)都被視為虛擬機，包括已經(jīng)安裝好的Windows Server 2008。

此時Windows Server 2008會繼續(xù)啟動，但已經(jīng)變成了一個虛擬機了。在Hyper-V中，將啟動Hyper-V后的Windows Server 2008稱為"父虛擬分區(qū)（Parent partition）"，算是一個最特殊的虛擬機。"父虛擬分區(qū)"這個虛擬機和其他之后安裝的虛擬機完全不同，其完全掌握著所有的資源，但CPU和網(wǎng)卡除外，因此這個Windows Server 2008也必須聽從Hypervisor的指揮。

文章標(biāo)題：詳細(xì)解析虛擬化的起源和分類\"
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