三种主要的虚拟化架构类型

1、.目前市场上各种x86 管理程序(hypervisor)的架构差异，三个最主要的架构类别包括： i型：虚拟机直接运行在系统硬件上，创建硬件全仿真实例，被称为“裸机”。 ii型：虚拟机运行在传统操作系统上，同样创建的是硬件全仿真实例，被称为“托管”hypervisor。 容器：虚拟机运行在传统操作系统上，创建一个独立的虚拟化实例，指向底层托管操作系统，被称为“操作系统虚拟化”。图 1 三种主要的虚拟化架构类型上图显示了每种架构使用的高层软件“堆栈”，应当指出，在每种模型中，虚拟层是在不同层实现的，因此成本和效益都会不一样。除了上面的架构类别外，知道hypervisor的基本元素也同样重要，它包括

2、： 虚拟机监视器(virtual machine monitor，vmm)：它创建、管理和删除虚拟化硬件。半虚拟化(paravirtualization)：修改软件，让它知道它运行在虚拟环境中，对于一个给定的hypervisor，这可能包括下面的一种或两种：- 内核半虚拟化：修改操作系统内核，要求客户机操作系统/hypervisor兼容性。- 驱动半虚拟化：修改客户机操作系统i/o驱动(网络、存储等)，如vmware tools，ms integration components。操作系统虚拟化：容器在容器模型中，虚拟层是通过创建虚拟操作系统实例实现的，它再指向根操作系统的关键系统文件，如下图

3、所示，这些指针驻留在操作系统容器受保护的内存中，提供低内存开销，因此虚拟化实例的密度很大，密度是容器架构相对于i型和ii型架构的关键优势之一，每个虚拟机都要求一个完整的客户机操作系统实例。图 2 容器型虚拟化架构精品.通过共享系统文件的优点，所有容器可能只基于根操作系统提供客户机，举一个简单的例子，一个基本的windows server 2003操作系统也可用于创建windows server 2003容器，同样，任何适用于根操作系统系统文件的补丁和更新，其子容器也会继承，提供了一个方便的维护方法。但这也可能会造成损害，根操作系统收到破坏，客户机也会跟着被破坏。在容器内，用户可以使用特定应用程

4、序，热修复(但不是服务包)和操作系统服务组件自定义客户机实例，对那些在多数客户机容器中会使用到的服务或应用程序，它们所需要的功能应该安装到根操作系统中，在客户机实例中使用类似于模板的方法自动获得这些功能。在大多数情况下，容器的数量仅受宿主操作系统可用资源的限制，每个客户机可能被配置为根操作系统限制的最大硬件资源，这些可扩展的特性与客户机管理的易用性，使容器方法成为需要高虚拟机密度的应用程序很有实力的候选者，如虚拟桌面。parallels virtuozzo容器是当今业界领先的操作系统虚拟化产品，除了上述功能外，virtuozzo提供了高可用和跨物理主机迁移客户机的功能(假设根操作系统和补丁级别

5、相同)，架构上，virtuozzo实现了一个专有的内核服务抽象层(kernal service abstract layer，ksal)，保护宿主操作系统文件，在可写入文件系统上保存一份安全的副本，使单独修改客户机成为可能。与混合hypervisor(本文后面会有介绍)中的父分区类似，第一个虚拟实例是一个简单的管理容器，它提供虚拟机监视功能。在parallels virtuozzo容器的最新版本4.5中，包括在hyper-v中嵌入virtuozzo的支持，两者都在父分区中。图 3 hyper-v中嵌入virtuozzo容器精品.这种实现方式虽然复杂，但它展示了virtuozzo架构的灵活性，提

6、供高虚拟机密度，有关parallels virtuozzo容器的更多信息，请参考其网站(/products/pvc45/)。ii型 hypervisorii型或托管型hypervisor通过一个软件层在现有操作系统上实现硬件虚拟化，与容器架构不一样，ii型客户机提供了一个完整的、独立的、无依赖的客户机操作系统副本，通常利用半虚拟化驱动网络和i/o提高客户机性能。但由于虚拟化功能必须通过宿主操作系统，客户机的性能大大低于裸机hypervisor。此外，还有一些高可用和企业管理功能。由于这些原因，ii型hypervisor最常用于开发/测试或桌面类应用

7、程序。流行的ii型 hypervisor包括vmware workstation，sun virtualbox和microsoft virtual server r2，它们的功能都差不多，因为它们都不能胜任企业级工作量，因为后面我也不打算继续介绍它们。i型hypervisori型或裸机hypervisor包括当今主流的企业级虚拟化产品，该类hypervisor直接运行在系统硬件上，提供了更好的客户机性能。通过处理器虚拟化扩展增强，包括英特尔vt和amd-v技术，i型hypervisor甚至可以超越裸机操作系统性能。使用这一类hypervisor，有几个子类型有必要详细介绍： 独立型：vmwar

8、e vsphere 混合型：microsoft hyper-v，citrix xenserver和sun xvm kvm：linux kvmi型独立型：vmware vsphere在一个独立型hypervisor中，所有硬件虚拟化和虚拟机监视器(vmm)功能由一个单一的，紧密集成的代码集提供，这种架构与vmware vsphere和前几代esx hypervisor的结构是相同的。下图是vmware vsphere 4.0(也称为esx 4)的架构概述图，与一般看法相反，vmware不是基于linux的hypervisor，相反，esx是由一个高度复杂的操作系统vmkernel组成的，并取得了

9、专利权，提供所有虚拟机监控和硬件虚拟化功能。esx完整版提供了一个基于linux的服务控制台，但esxi不包含此服务控制台。图 4 vmwarevsphere 4.0架构精品.通常这种模式被称为“胖”或“瘦”hypervisor，但这种说法并不准确，虽然esx架构经过长期发展变得更加复杂了，但vmware在hypervisor性能和功能方面一直保持领先的行业地位，最近实现了处理器虚拟化扩展进一步巩固了领导地位。vmware在客户机内需要网络和i/o驱动半虚拟化，这些驱动通常包含在vmware tools中。i型混合型：citrix xenserver，microsoft hyper-v和ora

10、clevm混合i型架构包括一个软件模型，一个“瘦”hypervisor联合一个父分区提供硬件虚拟化，它提供了虚拟机监视功能，这类模型主要包括微软的hyper-v和基于xen的hypervisor，如citrix xenserver和oraclevm。图 5 i型混合型hypervisor父分区也叫做dom0，它通常是一个运行在本地的完整操作系统虚拟机，并具有根权限，例如，开启xen在novell suse linux enterprise server(sles)上执行的dom0将作为一个完整的sles实例执行，提供虚拟机(vm)创建、修改、删除和其它类似配置任务的管理层，系统启动时，开启xe

11、n的内核载入父分区，以vmm权限运行，作为vm管理的接口，管理i/o堆栈。与vmware类似，所有混合型产品都为客户机提供了半虚拟化驱动，从而提高网络和i/o性能，不实现半虚拟化驱动的客户机必须遍历父分区的i/o堆栈，因此客户机的性能会下降。操作系统半虚拟化技术正变得越来越流行，以达到最佳的客户机性能，并改进跨hypervisor的互操作性。例如，microsoft hyper-v/windows server 2008 r2为windows server 2008和suse enterprise linux客户机提供完整的操作系统半虚拟化支持。精品.虽然操作系统半虚拟化是操作系统发展的一种趋

12、势，但应当指出的是操作系统半虚拟化目前还不是混合模型的一个要求，部分供应商，如virtualiron(sun/oracle)，的目标是smb级负载，使用全硬件虚拟化实现可接受的客户机性能。混合型架构起源于xen项目，在性价比方面有很多供应商可供选择，这都得益于开源社区(xen)的贡献，它能够很好地适应半虚拟化操作系统的未来发展。i型组合型：基于linux的内核虚拟机(kvm)基于linux的内核虚拟机(kvm)hypervisor模型提供了一个独一无二的i型架构，它不是在裸机上执行hypervisor，kvm利用开源linux(包括rhel，suse，ubuntu等)作为基础操作系统，提供一个集成到内核的模块(叫做kvm)实现硬件虚拟化，kvm模块在用户模式下执行(与独立型和混合型hypervisor不一样，它们都运行在内核/根模式下)，但可以让虚拟机在内核级权限使用一个新的指令执行上下文，叫做客户机模式。图 6 i型组合型架构kvm使用一个经过修改的开源qemu硬件仿真包提供完整的硬件虚拟化，这意味着客户机操作系统不需要操作系统半虚拟化，与vmware类似，linux kvm充分利用vi