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【荥阳网站建设】虚拟化技术介绍

新乡云优化2019-03-23行业动态
【荥阳网站建设】虚拟化技术介绍
在计算机中,虚拟化(英语:Virtualization)是一种资源管理技术,是将计算机的各种实体资源,如服务器、网络、内存及存储等,予以抽象、转换后呈现出来,打破实体结构间的不可切割的障碍,
使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部份是不受现有资源的架设方式,地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料存储。
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虚拟化技术
在实际的生产环境中,虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。虚拟化技术主要用来解决高性能的物理硬件产能过剩和老的旧的硬件产能过
低的重组重用,透明化底层物理硬件,从而最大化的利用物理硬件。
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虚拟化技术的原理:
虚拟机是对真实计算环境的抽象和模拟,VMM 需要为每个虚拟机分配一套数据结构来管理它们状态,包括虚拟处理器的全套寄存器,物理内存的使用情况,虚拟设备的状态等等。VMM 调度虚拟机时,将
其部分状态恢复到主机系统中。并非所有的状态都需要恢复,例如主机 CR3 寄存器中存放的是 VMM 设置的页表物理地址,而不是 Guest OS 设置的值。主机处理器直接运行 Guest OS 的机器指令,由
于 Guest OS运行在低特权级别,当访问主机系统的特权状态(如写 GDT寄存器)时,权限不足导致主机处理器产生异常,将运行权自动交还给 VMM。此外,外部中断的到来也会导致 VMM 的运行。
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VMM 可能需要先将 该虚拟机的当前状态写回到状态数据结构中,分析虚拟机被挂起的原因,然后代表 Guest OS 执行相应的特权操作。最简单的情况,如Guest OS 对 CR3 寄存器的修改,只需要更新虚
拟机的状态数据结构即可。一般而言,大部分情况下,VMM 需要经过复杂的流程才能完成原本简单的操作。最后 VMM 将运行权还给 Guest OS,Guest OS 从上次被中断的地方继续执行,或处理 VMM “
塞”入的虚拟中断和异常。这种经典的虚拟机运行方式被称为 Trap-And-Emulate,虚拟机对于 Guest OS 完全透明,Guest OS 不需要任何修改,但是 VMM 的设计会比较复杂,系统整体性能受到明显的
损害。
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虚拟化技术分类:
硬件虚拟化
虚拟机(Virtual machine或VM),可以像真实机器一样运行程序的计算机的软件实现
便携式应用程序,允许程序在便携式设备中运行而不用在操作系统中安装
跨平台虚拟化,允许针对特定CPU或者操作系统的软件不做修改就能运行在其他平台上,例如Wine虚拟设备,运行于虚拟化平台之上,面向应用的虚拟机映像模拟器
完全虚拟化,敏感指令在操作系统和硬件之间被捕捉处理,客户操作系统无需修改,所有软件都能在虚拟机中运行,例如IBM CP/CMS,VirtualBox,VMware Workstation
硬件辅助虚拟化,利用硬件(主要是CPU)辅助处理敏感指令以实现完全虚拟化的功能,客户操作系统无需修改,例如VMware Workstation,Xen,KVM
部分虚拟化,针对部分应用程序进行虚拟,而不是整个操作系统
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准虚拟化/超虚拟化(paravirtualization),为应用程序提供与底层硬件相似但不相同的软件接口,客户操作系统需要进行修改,例如早期的Xen
操作系统级虚拟化,使操作系统内核支持多用户空间实体,例如Parallels Virtuozzo Containers,Unix-like系统上的chroot,Solaris上的Zone
平台虚拟化,将操作系统和硬件平台资源分割开
应用程序虚拟化,在操作系统和应用程序间建立虚拟环境
虚拟内存,将不相邻的内存区,甚至硬盘空间虚拟成统一连续的内存地址
存储虚拟化,将实体存储空间(如硬盘)分隔成不同的逻辑存储空间
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网络虚拟化,将不同网络的硬件和软件资源结合成一个虚拟的整体
虚拟专用网络(VPN),在大型网络(通常是Internet)中的不同计算机(节点)通过加密连接而组成的虚拟网络,具有类似局域网的功能
存储器虚拟化,将网络系统中的随机存储器聚合起来,形成统一的虚拟内存池
桌面虚拟化,在本地计算机显示和操作远程计算机桌面,在远程计算机执行程序和储存信息
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数据库虚拟化
软件虚拟化
服务虚拟化
虚拟化发展时间线
几种虚拟化软件介绍
RedHat KVM
虚拟化方式:完全虚拟化
架构:寄居架构(linux内核);祼金属架构RHEV-H
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特点:祼金属架构RHEV-H或在关键的硬盘和网卡上支持半虚拟化VirtIO,达到最佳性能。
I/O协议栈:KVM重用了整个Linux I/O协议栈,所以KVM的用户就自然就获得了最新的驱动和I/O协议栈的改进。
架构图:
RedHat KVM 虚拟化软件构架
VmWare ESX
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虚拟化方式:完全虚拟化
架构:裸金属架构
I/O协议栈:VMware选择性能,但是把I/O协议栈放到了hypervisor里面。不幸的是,VMware kernel是专有的,那就意味着VMware不得不开发和维护整个协议栈,会导致开发速度会减慢,你的硬件可能要
等一段时间才会得到VMware的支持。
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架构图:
VmWare ESX虚拟化软件
Citrix XenServer
虚拟化方式:半虚拟化(linux安装linux);全虚拟化(linux安装windows),硬件辅助虚拟化
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架构:裸金属架构
I/O协议栈:Xen选择了可维护这条道路,它将所有的I/O操作放到了Linux guest里面,也就是所谓的domain-0里面。重用Linux来做I/O, Xen的维护者就不用重写整个I/O协议栈了。但不幸的是,这样就
牺牲了性能:每一个中断都必需经过Xen的调度,才能切换到domain 0, 并且所有的东西都不得不经过一个附加层的映射。
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架构图:
Citrix XenServer 虚拟化软件
Microsoft Hyper-V
虚拟化方式:半虚拟化
架构:裸金属架构Hyper-V Server;寄居架构 Windows 2008
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特点:父分区(宿主机操作系统)的位置挪到了子分区(虚拟机操作系统)的旁边,宿主机操作系统和虚拟机操作系统是平级的,没有谁依附谁之上的关系。
I/O协议栈:虚拟机看到的所有设备不再都是虚拟出来的,有部分的硬件资源是真实的物理设备。
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架构图:
Microsoft Hyper-V 虚拟化软件
我们通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化技术,通过使用控制程序(Control Program,也被称 为 Virtual Machine Monitor 或 Hypervisor),隐藏特定计算平台的实际物理特性,为用户提供抽象
的、统一的、模拟的 计算环境(称为虚拟机)。虚拟机中运行的操作系统被称为客户机操作系统(Guest OS),运行虚拟机监控器的操作系统被称为主机操作系统 (Host OS),当然某些虚拟机监控器
可以脱离操作系统直接运行在硬件之上(如 VMWARE 的 ESX 产品)。运行虚拟机的真实系统我们称之为 主机系统。
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