虛擬計算機技術研究報告東軟

1、虛擬計算機技術目錄一、引言2二、虛擬機技術31、虛擬硬件模式32、虛擬操作系統(tǒng)模式43、半虛擬化模式5三、結束語5一、引言隨著計算機技術和硬件的發(fā)展，企業(yè)為了共享硬件資源和節(jié)約生產管理成本，虛擬化技術掀起了發(fā)展。所謂虛擬機就是虛擬計算機，簡稱“虛擬機”。虛擬機通過虛擬化技術，在一個硬件上虛擬出若干個虛擬的計算機硬件，可以同時運行多個操作系統(tǒng)，而相互獨立互不影響。有如各個操作系統(tǒng)都在獨享硬件資源。從而實現(xiàn)集中并共享資源，降低資源和管理成本。目前流行的虛擬機有 VMware、MS VPC 和 Swsoft。Swsoft 專注于 Linux 領域。MS VPC 專注于 windows 領域，而 VM

2、ware 在兩個領域均有產品，且名聲顯赫。VMware 公司的虛擬機服務器產品是 VMware Server，VMware Server ESX 是高階產品，VMware GSX Server 是中階產品；可以看作是擁有超級動力的虛擬機群，即同時運行很多個操作系統(tǒng)，而且，服務器產品提供了更高的性能，更接近底層的宿主操作系統(tǒng)特性（幾乎做到無差別），能支持多 CPU 系統(tǒng)。VMware Server具有易于管理客戶操作系統(tǒng)的特性，例如 Web 管理工具和虛擬監(jiān)視器等。VMware Worksion 是 VMware 的普通產品。從理論上講，一臺物理計算機能做什么，它模擬出的虛擬機就可以做什么，它只

3、受硬件和想象力的限制。 VMware公司的虛擬機服務器產品和 VMware Worksion 兼容，即可以打開 Worksion建立的虛擬機。MS VPC 是微軟的虛擬機產品，是微軟公司于 2003 年 2 月收購 Connectix 公司的 Virtual PC 后推出的產品。Virtual PC 最初專為 Macosh 用戶開發(fā)的，功能不斷改進后，開始為 windows 用戶開發(fā)產品并取得巨大的成功，直到被微軟收購。Parallels 公司是 SWsoft 于 2008 年 1 月收購 Parallels 后公司改名而成。以前 SWsoft 沒有針對 Windows 服務器運行的產品，而如

4、今，Parallels 的虛擬產品包括桌面虛擬化和服務器虛擬化兩大塊，更是囊括了 Mac、Windows 和Linux 等多種。二、虛擬機技術1、虛擬硬件模式虛擬硬件模式是最傳統(tǒng)的虛擬計算機模式。最早的虛擬硬件模式是源自IBM大型機的邏輯分區(qū)技術。這種技術的主要特點是，每一個虛擬機都是一臺真正機器的完整拷貝，一個功能強大的主機可以被分割成許多虛擬機。目前，這一虛擬模式被業(yè)界廣泛借鑒，包括 HP vPAR、VMware ESX Server和 Xen在內的虛擬技術都是這樣的工作原理。虛擬硬件模型將計算機、和網絡硬件間建立了一個抽象的虛擬化平臺，使得所有的硬件被到一個虛擬化層中。這樣，在這個的頂部

5、創(chuàng)建的虛擬機具有同樣的硬件結構，提供了更好的可遷移性。在這種模型中，每個用戶都可以在他們的虛擬機上運行程序、數(shù)據(jù)，甚至虛擬機也不會影響系統(tǒng)本身和其他的系統(tǒng)用戶。所以，虛擬機模型不僅允許資源共享，而且實現(xiàn)了系統(tǒng)資源的保護。目前，此類虛擬機的典型產品有 Vmware的 Worksion、GSX Server、ESXServer和的 Virtual PC、Virtual Server以及 ParallelsWorksion等。以上的幾種虛擬機都具有同樣的特點：虛擬了el x86，可以同時運行多個操作系統(tǒng)和應用程序。通過使用虛擬化層，提供了硬件級的虛擬，即虛擬機為運行于虛擬機的操作系統(tǒng)映像提供了一整套

6、虛擬的el x86兼容硬件。這套虛擬硬件虛擬了真正服務器所擁有的全部設備：主板、CPU、內存、SCSI和 IDE磁盤設備、各種接口、顯示和其他輸入輸出設備。并且，每個虛擬機都可以被獨立的封裝到一個文件中，可以實現(xiàn)虛擬機的靈活遷移。虛擬硬件虛擬技術有兩個顯著特點。第一，無論哪款產品，都可以直接用系統(tǒng)處理器執(zhí)行 CPU指令，根本涉及不到虛擬層。第二，實現(xiàn)真正的分區(qū)，每個分區(qū)只能占用一定的系統(tǒng)資源，包括磁盤 I/O和網絡帶寬，并提高了系統(tǒng)的整體安全性。另外，高端的虛擬服務器產品可以直接在硬件上運行虛擬機，而不需要宿主操作系統(tǒng)。并且，通過相關的管理，可以對每個虛擬機消耗的物理資源（網絡帶寬、磁盤 I/

7、O等）進行精確的控制。2、虛擬操作系統(tǒng)模式虛擬操作系統(tǒng)模型是基于虛擬機運行的主機操作系統(tǒng)創(chuàng)建了一個虛擬層，用來虛擬機主機的操作系統(tǒng)。在這個虛擬層之上，可以創(chuàng)建多個相互的虛擬專用服務器（ Virtual Private Server, VPS）。這些 VPS可以最大化的效率共享硬件、證以及管理資源。對其用戶和應用程序來講，每一個 VPS的運行和管理都與一立主機完全相同，因為每一個 VPS均可獨立進行重啟并擁有自己的 root權限、用戶、 IP地址、內存、過程、文件、應用程序、系統(tǒng)函數(shù)庫以及配置文件。對于運行著多個應用程序和擁有實際數(shù)據(jù)的產品服務器來說，虛擬操作系統(tǒng)的虛擬機可以降低成本消耗和提高系

8、統(tǒng)效率。虛擬操作系統(tǒng)模式虛擬化解決方案同樣能夠滿足一系列的需求：安全、計算機資源的靈活性和控制、硬件抽象操作及最終高效、強大的管理功能。每一個 VPS 中的應用服務都是安全的，且不受同一物理服務器上的其他 VPS的影響。通過的文件系統(tǒng)，使得文件瀏覽對所有 VPS 用戶來說就如常規(guī)服務器一樣，但卻無法被該服務器上的其他 VPS 用戶看到。能夠實時分配、計算并控制資源級別，完成對 CPU、內存、網絡輸入/輸出、磁盤空間以及其他網絡資源的靈活管理。經過抽象的 VPS具有相同的虛擬硬件結構，并可以在任意連網的服務器之間透明遷移，而不產生任何宕機時間。操作系統(tǒng)虛擬化技術解決了在單個物理服務器上部署多個生

9、產應用服務和服務器時所的。在應用服務部署完成之后，它們被集中一種操作系統(tǒng)以便于管理和。操作系統(tǒng)虛擬化是針對生產應用和服務器的完美虛擬化解決方案，共享的操作系統(tǒng)提供了更為有效的服務器資源并且大大降低了處理損耗。通過操作系統(tǒng)虛擬化，上百個 VPS可以在單個的物理服務器上正常運行。但同時，這種集中一操作系統(tǒng)的特性也注定了該類虛擬機只能在同一臺物理服務器上運行同一種虛擬的操作系統(tǒng)。也許，你將擁有一臺同時運行100個 windows或 linux虛擬機的高性能服務器，但你不要想在這一服務器上同時運行虛擬的 windows和 linux系統(tǒng)。目前，swsoft的 virtuozzo是這一領域的成熟產品。3

10、、半虛擬化模式Xen 是在大學作為一個研究項目被開發(fā)出來的，它已經在開源社區(qū)中得到了極大的推動。Xen 是一款半虛擬化VMM（虛擬機監(jiān)視器，Virtual MachineMonitor），這表示，為了調用系統(tǒng)管理程序，要有選擇地修改操作系統(tǒng)，然而卻不需要修改操作系統(tǒng)上運行的應用程序。雖然 VMware 等其他虛擬化系統(tǒng)實現(xiàn)了完全的虛擬化（它們不必修改使用中的操作系統(tǒng)），但它們仍需要進行實時的機器代碼翻譯，這會影響性能。由于 Xen 需要修改操作系統(tǒng)，所以你不能直接讓當前的 Linux 內核在 Xen 系統(tǒng)管理程序中運行，除非它已經移植到了 Xen 架構。不過，如果當前系統(tǒng)可以使用新的已經移植到

11、Xen 架構的 Linux 內核，那么你就可以不加修改地運行現(xiàn)有的系統(tǒng)。對 CPU 指令集不提供硬件支持的情況，Xen 只能采取半虛擬化的方案，通過修改 Guest OS 的內核對有缺陷的指令進行替換。在這種模式下，Xen 位于操作系統(tǒng)和硬件之間，為其上運行的 Guest OS 內核提供虛擬化的硬件環(huán)境，因而 Xen具有最高級，而 Guest OS 被迫遷移到相對低的級中，稱為解除（Privilege Deprivileging）。x86架構中，CPU提供了4個級（0環(huán)到3環(huán)）以及分段和分頁的內存保護機制，但目前多數(shù)操作系統(tǒng)中均只使用到了0環(huán)和3環(huán)兩個級，對應 地存在兩種解除方式：0/1/3模

12、型（操作系統(tǒng)運行在1環(huán)、VMM運行在0環(huán)、應用程序運行在3環(huán)）和0/3模型（操作系統(tǒng)和應用程序運行在3 環(huán)，VMM運行在0環(huán)）。無論采用哪種模型，Xen都將替代原操作系統(tǒng)內核占據(jù)最高的級，因而在Xen下運行的Guest OS內核將無法執(zhí)行某些指令，并將產生一般保護性錯誤，Xen必須通過超級調用向Guest OS提供執(zhí)行這些指令執(zhí)行的接口。三、結束語近幾年以來，隨著 IT 虛擬化的大潮一浪又一浪的襲來，作為比較成虛擬技術，虛擬計算機技術日益受到各大 IT 公司和眾多用戶的關注。在虛擬機這片戰(zhàn)場上除了老牌勁旅 VMware 和，諸如 Xen、Parallels 等諸多新興的虛擬機產品和技術也是不斷的涌現(xiàn)出來。不僅如此，如果說諸如 Microsoft、Redhat、Apple、Sun 等操作系統(tǒng)廠商的加入，帶來了虛擬機操作系統(tǒng)整合的又一波潮流，那么el 和 AMD 的加入，更是