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虚拟化技术简介
虚拟化技术发展史
VMware简介
KVM
Hyper-V
虚拟化技术简介
虚拟化技术发展史
虚拟化技术最早出现在大型机时代。上世纪60年代&＃xff0c;IBM开始在其CP-40大型机系统中尝试虚拟化的实现&＃xff0c;后来在System/360-67中采用&＃xff0c;并衍生出VM/CMS到后来的z/VM等产品线。大型机上的虚拟化技术在之后20多年的发展中愈发成熟&＃xff0c;但随着小型机以及x86的流行&＃xff0c;大型机在新兴的服务器市场中已经失去了影响力。
由于处理器架构的不同&＃xff0c;在大型机上已经成熟的虚拟化技术却并不能为小型机及x86所用。直到2001年&＃xff0c;VMware发布了第一个针对x86服务器的虚拟化产品。之后的几年间&＃xff0c;英国剑桥大学的一位讲师发布了同样针对x86虚拟化的开源虚拟化项目Xen&＃xff0c;并成立XenSource公司&＃xff08;07年Citrix将其收购&＃xff09;&＃xff1b;惠普发布了针对HP-UX的Integrity虚拟机&＃xff1b;Sun跟Solaris 10一同发布了同时支持x86/x64和SPARC架构的Solaris Zone&＃xff1b;而微软也终于在2008年发布的Windows Server 2008 R2中加入了Hyper-V。期间&＃xff0c;VMware被EMC收购&＃xff0c;XenSource则被思杰收购。
之后的几年间&＃xff0c;VMware逐渐在企业级市场中被广泛的接受&＃xff0c;Xen也逐渐在互联网领域展露头角。在成熟的服务器操作系统当中&＃xff0c;Novell SUSE Linux Enterprise 10是第一个采用Xen技术的。当时的Xen还很不成熟&＃xff0c;乃至于红帽还为此取笑了Novell一番&＃xff1b;不过几个月后&＃xff0c;到了RHEL 5.0发布的时候&＃xff0c;红帽决定也将Xen加入到自己的默认特性当中——那是2006年。一时之间&＃xff0c;在Linux服务器领域&＃xff0c;Xen似乎成为了 VMware之外的最佳虚拟化选择&＃xff08;事实上也没多少其他可选的&＃xff09;。
但是&＃xff0c;作为一项Linux平台上的虚拟化技术&＃xff0c;Xen在很长一段时间内一直没有被接受到Linux内核的代码当中&＃xff0c;这对于Xen的维护者而言&＃xff0c;不仅意味着要多做很多工作&＃xff0c;还意味着用户在废了半天劲装好Xen之后可能遇到意想不到的问题&＃xff08;注&＃xff1a;2011年6月发布的Linux内核3.0中已经加入了对Xen的支持——Xen的工程师们表示这是清理了7年遗留代码、提交了600多个补丁的成果&＃xff09;。
而红帽方面&＃xff0c;也许是因为当时对这种脱离内核的维护方式很不爽&＃xff0c;也许是因为采用Xen的RHEL在企业级虚拟化方面没有赢得太多的市场&＃xff0c;也许是因为思杰跟微软走的太近了&＃xff0c;种种原因&＃xff0c;导致其萌生了放弃Xen的心思。2008年9月&＃xff0c;红帽收购了一家名叫Qumranet的以色列小公司&＃xff0c;由此入手了一个叫做KVM的虚拟化技术&＃xff08;KVM&＃xff0c;全称Kernel-based Virtual Machine&＃xff0c;意为基于内核的虚拟机&＃xff09;。
总之红帽决定选择了一个新兴的基于内核的虚拟化技术&＃xff1a;KVM。而在正式采用KVM一年后&＃xff0c;就宣布在新的产品线中彻底放弃Xen&＃xff0c;集中资源和精力进行KVM的工作。至此各大虚拟化技术VMware&＃xff0c;Xen&＃xff0c;KVM等均出现&＃xff0c;并找到自己位置。
全虚拟化(Full Virtualization)
全虚拟化也成为原始虚拟化技术&＃xff0c;该模型使用虚拟机协调Guest操作系统和原始硬件&＃xff0c;VMM在Guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调&＃xff0c;一些受保护指令必须由Hypervisor&＃xff08;虚拟机管理程序&＃xff09;来捕获处理。
1&＃xff0e;X86平台上的第一个虚拟机产品&＃xff1a;VMware Workstation
当时VMware Workstation一上市就打响&＃xff0c;使得VMware直接成为虚拟机的代名词。然而Windows系统的相对不稳定性&＃xff0c;让VMware的工程师们把目光投向了相对较稳定的Linux系统&＃xff0c;因此在VMware Workstation成功推出不久之后&＃xff0c;也出现了Linux版本的产品&＃xff0c;让Linux下的用户也可以同时运行Windows或其他的Linux套件。
2&＃xff0e;Linux下的虚拟机产品
虽然解决了Windows的问题&＃xff0c;VMware Workstation仍然无法摆脱寄居在固定操作系统上的恐惧。既然选择了较为稳定的Linux&＃xff0c;VMware也顺势推出了运行在RedHat、Mandrake和SUSE Linux下的VMware GSX Server&＃xff0c;并且也拥有Web端的管理和客户端的管理程序。在Linux下&＃xff0c;VMware较不需要担心病毒或黑客的攻击&＃xff0c;而操作系统本身宕机带来的危险性也相对较小&＃xff0c;因此在2000年初期&＃xff0c;Linux成为VMware产品充分发挥的最好舞台。而VMware也在2000年的初期在Linux下推出了VMware GSX Server产品&＃xff0c;这也是后来推出VMware Server版的基础。当然在GSX Server上最大的特色&＃xff0c;就是使用了Client/Server架构的管理界面&＃xff0c;更可以使用浏览器来连入GSX Server来管理。
KVM
KVM Kernel-based Virtual Machine的简称&＃xff0c;是一个开源的系统虚拟化模块&＃xff0c;自Linux 2.6.20之后集成在Linux的各个主要发行版本中。它使用Linux自身的调度器进行管理&＃xff0c;所以相对于Xen&＃xff0c;其核心源码很少。KVM目前已成为学术界的主流VMM之一。06年之前&＃xff0c;Linux内核中还没有任何虚拟化实现&＃xff0c;Xen和Vmware依靠自己独有的技术分别在虚拟化不同领域如日中天&＃xff0c;尤其值得一提的是&＃xff0c;Xen在开源领域几乎成为了虚拟化的事实标准。Avi Kivity和他所在的以色列初创公司Qumranet提出并推动KVM&＃xff08;基于Linux内核的全虚拟化方案&＃xff09;&＃xff0c;以其精简的架构&＃xff0c;清晰的定位很快获得Linux社区多数开发人员的支持得以快速被合并进入主干&＃xff0c;以Avi Kivity为主的工程师仅仅花了不到一年时间就让Linux社区接受KVM的设计方案并且通过了代码Review&＃xff0c;最终于2006年10月合并进入2.6.20主干&＃xff0c;时至今日&＃xff0c;人们依然对于KVM合并进入Linux主干的速度之快感到不可思议。
为什么那么多的大公司对KVM感兴趣?其中最明显并且最重要的因素就是KVM是Linux内核的一部分。这个轻量级的虚拟化管理程序模块能直接与硬件交互&＃xff0c;不需要修改虚拟化操作系统&＃xff0c;因此性能更好&＃xff0c;并且补丁包能够和Linux内核兼容&＃xff0c;轻松控制虚拟化进程&＃xff0c;同时减轻管理负担。
当然&＃xff0c;KVM也有成长的烦恼。KVM究竟属于Type 1还是Type 2hypervisor呢?出现这种疑惑的原因在于KVM的基因——它属于操作系统的一部分&＃xff0c;类似直接运行于硬件系统之上的裸机管理程序&＃xff0c;不需要修改操作系统。这就符合Type 1 hypervisor的定义&＃xff0c;也经常被称为硬件虚拟化引擎&＃xff0c;更像是个安装在客户端上的操作系统&＃xff0c;性能佳&＃xff0c;运行稳定&＃xff0c;减少了运行管理程序本身所需的花销。
而Type 2 hypervisor更像是个应用&＃xff0c;运行在基础操作系统上。如果将KVM看作Type 2&＃xff0c;那么所强调的高性能难达到&＃xff0c;还可能存在安全风险。其实&＃xff0c;对Type 1和Type 2的讨论不是是否采纳KVM的前提。无论KVM是“第一类”还是“第二类”&＃xff0c;这都是语义上的概念。
此外&＃xff0c;就是所有新生技术在发展中都会面临的难题&＃xff1a;技术不成熟。KVM的出现不过三四年时间&＃xff0c;在可用资源、平台支持、管理工具、实施经验方面当然不能与出现八年之久的Xen相比。虽然目前KVM还缺少某些关键特性&＃xff0c;例如存储的动态迁移&＃xff0c;但是在后续的版本中都会开发出来。
性能方面&＃xff0c;KVM在逐渐显示其威力。不久前的SPECvirt虚拟化对照基准测试中&＃xff0c;红帽企业Linux 6.1、其内嵌的KVM hypervisor以及惠普ProLiant DL980 G7服务器三者结合&＃xff0c;创造了新的成绩——最佳的虚拟化性能和最多的计算区块数量&＃xff0c;并且六台虚拟机能同时运行一个应用程序。
虽然只是新生技术&＃xff0c;但是由于其性能和实施的简易性&＃xff0c;加上Linux企业市场中份额最大的红帽不遗余力的推广开发&＃xff0c;KVM将会持续成长壮大。
Hyper-V
在2006年VMware将其Server产品免费化之后&＃xff0c;整个虚拟机的市场立即产生了变化。原来大家心中的"OS in OS"观念立即提升到新的境界。微软是第一个发现这个庞大市场的竞争对手&＃xff0c;也在当时立即宣称投入企业级的虚拟机市场&＃xff0c;并在2008年成功推出了Hyper-V。在2010年发布的Windows Server 2008 R2发布支持Live/Quick Migration的Hyper-V R2更新版&＃xff0c;支持不需要重新启动的立即转移&＃xff0c;
Hyper-V并不是一个独立的产品&＃xff0c;而是很适当地融入了Windows Server 2008系统中的"角色&＃xff08;Role&＃xff09;"。在Windows Server 2008中要安装Hyper-V&＃xff0c;必须以角色的方式将主机配置成虚拟机角色。这一点也让初次接触虚拟机的人直接怀疑Hyper-V原生是否真的是原生架构。既然需要一个Windows Server 2008当做宿主的操作系统&＃xff0c;Hyper-V原生怎么会是原生架构的呢&＃xff1f;
1. Windows Server 2008是第一个虚拟机
原生架构的最重要特色反而不是宿主的OS&＃xff0c;而是Hypervisor的位置。如果Hypervisor的位置是在Ring 0或是Ring 1&＃xff0c;只要能掌控其上的客户端OS&＃xff0c;并且为客户端OS提供监控和分配的服务&＃xff0c;那么运行了Hyper-V的Windows Server 2008本身&＃xff0c;是可以被视为一个客户端OS的。
在启动Hyper-V之前&＃xff0c;Windows Server 2008就是一个普通的Windows Server操作系统。整个操作系统掌握了所有的资源&＃xff0c;所有的硬件都被操作系统直接访问。此时&＃xff0c;计算机是没有虚拟机功能的&＃xff0c;安装Virtual Server/PC或是VMware Workstation/Server均可以顺利运行。
2&＃xff0e;特殊的原生角色
然而启动了Hyper-V的角色之后&＃xff0c;系统的本质即发生变化。首先在开机时&＃xff0c;会载入hvboot.sys文件&＃xff0c;这就是Hyper-V的Hypervisor&＃xff1b;载入hvboot.sys之后&＃xff0c;以后加载的操作系统都被视为虚拟机&＃xff0c;包括已经安装好的Windows Server 2008。
此时Windows Server 2008会继续启动&＃xff0c;但已经变成了一个虚拟机了。在Hyper-V中&＃xff0c;将启动Hyper-V后的Windows Server 2008称为"父虚拟分区&＃xff08;Parent partition&＃xff09;"&＃xff0c;算是一个最特殊的虚拟机。"父虚拟分区"这个虚拟机和其他之后安装的虚拟机完全不同&＃xff0c;其完全掌握着所有的资源&＃xff0c;但CPU和网卡除外&＃xff0c;因此这个Windows Server 2008也必须听从Hypervisor的指挥。
&＃xff08;转载与&＃xff1a;开源Linux&＃xff09;
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