各种虚拟化技术总结_技术最新工作总结

1、xx年X月X日精品范文-各种虚拟化技术总结_技术工作总结（文章一）：主流的四大虚拟化架构对比分析主流四大虚拟化架构对比分析云计算平台需要有资源池为其提供能力输出，这种能力包括计算能力、存储能力和网络能力，为了将这些能力调度到其所需要的地方，云计算平台还需要对能力进行调度管理，这些能力均是由虚拟化资源池提供的。云计算离不开底层的虚拟化技术支持。维基百科列举的虚拟化技术有超过60种，基于X86(CISC)体系的超过50种，也有基于RISC体系的，其中有4 种虚拟化技术是当前最为成熟而且应用最为广泛的，分别是：VMWARE的ESX、微软的Hyper-V、开源的XEN和KVM。云计算平台选用何种虚拟化

2、 技术将是云计算建设所要面临的问题，文章就4种主流虚拟化技术的架构层面进行了对比分析。形成资源池计算能力的物理设备，可能有两种，一种是基于RISC的大/小型机，另一种是基于CISC的 X86服务器。大/小型机通常意味着高性能、高可靠性和高价格，而X86服务器与之相比有些差距，但随着Inter和AMD等处理器厂商技术的不断发展，原本只在小型机上才有的技术已经出现在了X86处理器上，如位技术、虚拟化技术、多核心技术等等，使得X86服务器在性能上突飞猛进。通过TPC组织 在2xx年3月份所公布的单机计算机性能排名中可以看出，4路32核的X86服务器性能已经位列前10名思想汇报专题，更重要的是X86服

3、务器的性价比相对小型机有 约5倍的优势。因此，选择X86服务器作为云计算资源池，更能凸显出云计算的低成本优势。由于单机计算机的处理能力越来越大，以单机资源为调度单位的颗粒度就太大了，因此需要有一种技术让资源的调度颗粒更细小，使资源得到更有效和充分的利 用，这就引入了虚拟化技术。当前虚拟化技术中主流和成熟的有4种：VMWARE的ESX、微软的Hyper-V、开源的XEN和KVM，下面将针对这4种 虚拟化技术的架构进行分析1 虚拟化架构分析从虚拟化的实现方式来看，虚拟化架构主要有两种形式：宿主架构和裸金属架构。在宿主架构中的虚拟机作为主机操作系统的一个进程来调度和管理，裸金属架构下 则不存在主机操

4、作系统，它是以Hypervisor直接运行在物理硬件之上，即使是有类似主机操作系统的父分区或Domain 0，也是作为裸金属架构下的虚拟机存在的。宿主架构通常用于个人PC上的虚拟化，如WindowsVirtual PC，VMware Workstation，Virtual Box，Qemu等，而裸金属架构通常用于服务器的虚拟化，如文中提及的4种虚拟化技术。(一) ESX的虚拟化架构ESX是VMware的企业级虚拟化产品，2xx年开始发布ESX （1）、0，到2xx年2月发布ESX （4）、1 Update 1。ESX服务器启动时，首先启动Linux Kernel，通过这个操作系统加载虚拟化组件

5、，最重要的是ESX的Hypervisor组件，称之为VMkernel，VMkernel会从 LinuxKernel完全接管对硬件的控制权，而该Linux Kernel作为VMkernel的首个虚拟机，用于承载ESX的serviceConsole，实现本地的一些管理功能。VMkernel负责为所承载的虚拟机调度所有的硬件资源，但不同类型的硬件会有些区别。虚拟机对于CPU和内存资源是通过VMkernel直接访问，最大程度地减少了开销，CPU的直接访问得益于CPU硬件辅助虚拟化(Intel VT-x和AMD AMD-V，第一代虚拟化技术)，内存的直接访问得益于MMU(内存管理单元，属于CPU中的一项

6、特征)硬件辅助虚拟化(Intel EPT和AMD RVI/NPT，第二代虚拟化技术)。虚拟机对于I/O设备的访问则有多种方式，以网卡为例，有两种方式可供选择：一是利用I/O MMU硬件辅助虚拟化(Intel VT-d和AMD-Vi)的VMDirectPath I/O，使得虚拟机可以直接访问硬件设备，从而减少对CPU的开销；二是利用半虚拟化的设备VMxx，网卡的物理驱动在VMkernel中，在虚拟 机中装载网卡的虚拟驱动，通过这二者的配对来访问网卡，与xx式网卡(IntelE1000)相比有着较高的效率。半虚拟化设备的安装是由虚拟机中 VMware tool来实现的，可以在Windows虚拟机的

7、右下角找到它。网卡的这两种方式，前者有着显著的先进性，但后者用得更为普遍，因为 VMDirectPath I/O与VMware虚拟化的一些核心功能不兼容，如：热迁移、快照、容错、内存过量使用等。ESX的物理驱动是内置在Hypervisor中，所有设备驱动均是由VMware预植入的。因此，ESX对硬件有严格的兼容性列表，不在列表中的硬件，ESX将拒绝在其上面安装。(二) Hyper-V的虚拟化架构Hyper-V是微软新一代的服务器虚拟化技术，首个版本于2xx年7月发布，目前最新版本是2xx年4月发布R2 SP1版，Hyper-V有两种发布版本：一是独立版，如Hyper-V Server 2xx，

8、以命令行界面实现操作控制，是一个免费的版本；二是内嵌版，如Windows Server 2xx，Hyper-V作为一个可选开启的角色。对于一台没有开启Hyper-V角色的Windows Server 2xx来说，这个操作系统将直接操作硬件设备，一旦在其中开启了Hyper-V角色，系统会要求重新启动服务器。虽然重启后的系统在表面看来没什么区 别，但从体系架构上看则与之前的完全不同了。在这次重启动过程中，Hyper-V的Hypervisor接管了硬件设备的控制权，先前的Windows Server 2xx则成为Hyper-V的首个虚拟机，称之为父分区，负责其他虚拟机(称为子分区)以及I/O设备的管

9、理。Hyper-V要求CPU必须具备硬件辅 助虚拟化，但对MMU硬件辅助虚拟化则是一个增强选项。其实Hypervisor仅实现了CPU的调度和内存的分配，而父分区控制着I/O设备，它通过物理驱动直接访问网卡、存储等。子分区要访问I/O设 备需要通过子分区操作系统内的VSC(虚拟化服务客户端)，对VSC的请求由VMBUS(虚拟机总线)传递到父分区操作系统内的VSP(虚拟化服务xx 者)，再由VSP重定向到父分区内的物理驱动，每种I/O设备均有各自的VSC和VSP配对，如存储、网络、视频和输入设备等，整个I/O设备访问过程对 于子分区的操作系统是透明的。其实在子分区操作系统内，VSC和VMBUS就

10、是作为I/O设备的虚拟驱动，它是子分区操作系统首次启动时由Hyper-V 提供的集成 服务包安装，这也算是一种半虚拟化的设备，使得虚拟机与物理I/O设备无关。如果子分区的操作系统没有安装Hyper-V集成服务包或者不支持 Hyper-V集成服务包(对于这（文章二）：3开启虚拟化教程总结开启虚拟化教程虚拟化设置的开启很简单，总结一句话就是：进入bios界面找到要修改的项，修改，保存即可。1，进入bios，根据电脑主板不同，所按得键可能不一样，一般是按del键（即删除键），其他常用的有F2，F1，F10，F12，ESC等。你可以选择一个一个尝试，也可先看一下电脑主板型号，然后百度搜“xx主板进入b

11、ios按什么键”。可以下载群共享的cpu-z查看自己的电脑主板品牌。2，需要修改的项：Intel（R）Virtualization Tech 把默认Disabled 状态修改为Enabled。如果看到Execute-Disable Bit Capability 这项显示为disabled也要修改成Enabled。3，千万别玩了保存。一般保存键是F10。自己看一下屏幕上显示的提示。4，注意：进入bios是在电脑开机前的黑屏状态下连续迅速点按某一键。下面是几个例子，仅供参考。例（一）、眏泰主板开启虚拟化按Del键进入bios界面。如下图：按向右键进入Advanced页面，找到“CPU Config

12、uration”，如下图：按回车键（enter键）进入如面：此时看到Intel（R）Virtualization Tech这项，把光标移动到此，修改Disabled为Enabled。如果看到Execute-Disable Bit Capability这项，也要修改为Enabled。修改完后如下图：最后按F10进行保存然后按回车键（enter键）。电脑重启，操作完成。例（二）、华硕主板开启虚拟化开机后立刻一直按DEL 进入BIOS下面开始设置:选择 高级模式选择 高级选择 处理器设置（文章三）：虚拟化技术区别x86平台三种不同的虚拟化之路从xx年开始，VMware创造性的将虚拟化引入x86平台，

13、通过二进制翻译（BT，Binary Translation）和直接执行的模式，让x86芯片可以同时运行不同的几种操作系统，并且确保性能、稳定性和安全性。从那时起，数以万计的企业已经从虚拟化中获得了极大的收益。但是，关于虚拟化的几种实现方式，引起了很多误解，为此，希望通过此文澄清几种虚拟化道路的优缺点，以及VMware公司对几种虚拟化之路的支持情况。图1总结了x86虚拟化技术的进展情况，从VMware的BT最近的内核部分虚拟化和硬件辅助虚拟化。（1）、x86虚拟化概览所谓x86服务器的虚拟化，就是在硬件和操作系统之间引入了虚拟化层，如图2所示。虚拟化层允许多个操作系统实例同时运行在一台物理服务器

14、上，动态分区和共享所有可用的物理资源，包括：CPU、内存、存储和I/O设备。图（2）、x86架构上的虚拟化层近年来，随着服务器和台式机的计算能力急剧增加，虚拟化技术应用广泛普及，很多用户已经在开发/测试、服务器整合、数据中心优化和业务连续性方面证实了虚拟化的效用。虚拟架构已经可以将操作系统和应用从硬件上分离出来，打包成独立的、可移动的虚拟机，从来带来了极大的灵活性。例如：现在可以通过虚拟架构，让服务器7x24x365运行，避免因为备份或服务器维护而带来的停机。已经有用户在VMware平台上运行3年而没有发生任何的停机事件。对于x86虚拟化，有两种常见的架构：寄居架构和裸金属架构。寄居架构将虚拟

15、化层运行在操作系统之上，当作一个应用来运行，对硬件的支持很广泛。相对的，裸金属架构直接将虚拟化层运行在x86的硬件系统上，可以直接访问硬件资源，无需通过操作系统来实现硬件访问，因此效率更高。VMware Player、ACE、Workstation和VMware Server都是基于寄居架构而实现的，而VMware ESX Server是业界第一个裸金属架构的虚拟化产品，目前已经发布了第四代产品。ESX Server需要运行在VMware认证的硬件平台上，可以提供出色的性能，完全可以满足大型数据中心对性能的要求。为了更好的理解x86平台虚拟化，在此简要介绍一下部件虚拟化的背景。虚拟化层是运行在

16、虚拟机监控器（VMM，Virtual Machine Monitor）上面、负责管理所有虚拟机的软件。如图3所示，虚拟化层就是hypervisor（管理程序）直接运行在硬件上，因此，hypervisor的功能极大地取决于虚拟化架构和实现。运行在hypervisor（管理程序）上的每个VMM进行了硬件抽取，负责运行传统的操作系统。每个VMM必须进行分区和CPU、内存和I/O设备的共享，从而实现系统的虚拟化。图（3）、Hypervisor通过VMM管理虚拟机（2）、CPU虚拟化根据原来的设计，x86上的操作系统需要直接运行在裸机上，因此默认拥有和控制所有的硬件。如图4所示，x86架构提供了四种特权

17、级别Ring 0、（1）、2和3，通过这四种级别来控制和管理对硬件的访问。通常，用户级的应用一般运行在Ring 3级别，操作系统需要直接访问内存和硬件，需要在Ring 0执行它的特权指令。为了虚拟x86架构，需要在操作系统下面运行虚拟化层，由虚拟化层来创建和管理虚拟机，进行共享资源分配。而有些敏感指令不能很好的进行虚拟化，它们在Ring 0以外级别执行时，会出现不同的结果。如何在运行时捕获和翻译这些敏感指令成为x86虚拟化的一大挑战，使得x86架构虚拟化最初是不可能的。图（4）、x86架构虚拟化前的特权级别VMware在xx年成功克服了这个难点，开发出了BT技术，从而将操作系统移到Ring 3

18、的用户模式运行，而VMM运行在Ring 0级别实现隔离和性能提升。尽管VMware通过BT技术实现的全虚拟化已经成为默认的业界标准，超过2万家的VMware用户都在这种技术的支持下可靠、高效运行，但整个业界还没有统一定义的行业标准(来自: :各种虚拟化技术总结)，因此每家公司都在自由发挥，来试图解决这个技术难点，不同的方案都有自己的优势和劣势。到今天为止，有三种典型的技术来解决x86虚拟化的难题：通过BT实现的全虚拟化操作系统帮助下的虚拟化，也叫半虚拟化硬件帮助的虚拟化a.技术1 通过BT实现的全虚拟化VMware可以通过BT和直接执行技术的结合来实现任何x86操作系统的虚拟化。如图5所示，B

19、T可以翻译核心指令来代替那些不能虚拟化的指令，通过翻译后的指令直接访问虚拟硬件。同时，所有用户级指令还是可以直接在CPU上执行来确保虚拟化的性能。每个VMM为每个虚拟机提供完整的硬件支持服务，包括虚拟BIOS、虚拟设备和虚拟内存管理。图（5）、BT实现x86架构虚拟化BT和直接执行技术的结合实现了全虚拟化，此时客户操作系统可以通过虚拟化层从物理硬件上完全抽取出来，客户操作系统感知不到是否发生了虚拟化，完全不需要进行修改。全虚拟化是迄今为止唯一不需要硬件或操作系统协助来进行敏感和特权指令虚拟化的技术，Hypervisor（管理程序）可以翻译所有的操作系统特权指令，并保存在缓存里备用，而用户级的指令完全可以全速直接执行。全虚拟化提供了最好的虚拟机隔离和安全性，简化了客户操作系统迁移和移植能力。VMware ESX Server就是通过全虚拟化技术来实现的最好案例。b.技术2 半虚拟化该文中我们将Para-Virtualization翻译为半虚拟化。Para是来自希腊语的英语前缀，意指“和”、“在边上”、“一道”等。因此，“半虚拟化”指得是客户操作系统和hypervisor之间的通讯如何提高性能和有效性。如图6所示，半虚拟化需要修改操作系统内核，替换掉不能虚拟化的指令，通过超级调用（hypercall）直接和底