虛擬化技術(shù)簡介

虛擬化技術(shù)簡介在今天，虛擬化已經(jīng)不是什么新鮮的概念了，而是用戶切實的應(yīng)用需求，分區(qū)已經(jīng)成了小型機的必備功能。即使是在x86平臺上，虛擬化的應(yīng)用也已經(jīng)有不短的年頭了，只是由于一直停留在桌面

系統(tǒng)領(lǐng)域，幾乎與企業(yè)應(yīng)用無關(guān)，所以一直處在小打小鬧的階段。然而，最近一兩年來，一些主流技術(shù)的發(fā)展和由此推進的產(chǎn)品格局的變化，給基于x86

平臺的企業(yè)級虛擬化應(yīng)用提供了新的契機?！队嬎銠C世界》評測實驗室近兩年一直都

在關(guān)注虛擬化技術(shù)的動向，根據(jù)我們的判斷，2007年將會是基于x86平臺的虛擬化技

術(shù)獲得快速發(fā)展的一年。為了幫助廣大用戶更好地了解以及更有效地應(yīng)用虛擬化技術(shù)

，我們適時地選取了當(dāng)前市面上最為主流的三款x86平臺分區(qū)虛擬化產(chǎn)品進行了測試虛擬化的技術(shù)實質(zhì)虛擬化軟件是中間件的一種，虛擬化的技術(shù)實質(zhì)是通過中間層次實現(xiàn)計算資源和存儲資源的管理和再分配，使資源利用趨向于最大化。事實上，這也是IBM“隨需應(yīng)變”戰(zhàn)略以及HP“動成長”戰(zhàn)略的重要技術(shù)基礎(chǔ)。分區(qū)技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的虛擬化技術(shù)，大致可以理解為把一臺機器分成多臺機器使用，或者說是在一臺物理機器上運行多臺虛擬機器，現(xiàn)在甚至有一種誤解，不少人認為虛擬化就是分區(qū)。但事實上這種認識是不夠完整的，分區(qū)通常是指基于單一物理計算機系統(tǒng)的虛擬化，而群集和網(wǎng)格可以看作是基于多個計算節(jié)點的虛擬化，也就是阻止多臺物理計算機的資源，使其像一臺機器一樣工作。從表面看來，分區(qū)帶來的好處是同一個物理平臺能夠運行多個同類或不同類的操作系統(tǒng)分別作為不同業(yè)務(wù)和應(yīng)用的支撐平臺。但實際上，分區(qū)所帶來的價值遠不止于此。首先，分區(qū)使得應(yīng)用之間能夠更好地隔離，通過把不同的應(yīng)用安裝到不同的分區(qū)上，可以避免在同一個系統(tǒng)運行多個應(yīng)用時會出現(xiàn)的應(yīng)用之間的相互影響，包括計算資源爭用，單一應(yīng)用的崩潰對整個系統(tǒng)的影響，或單一應(yīng)用的維護和升級影響其他應(yīng)用的運行，以及各應(yīng)用對系統(tǒng)平臺環(huán)境組件版本的不同要求的矛盾等。其次，分區(qū)使得系統(tǒng)的備份、遷移和升級更加簡單。備份時，往往只要將分區(qū)的資源配置數(shù)據(jù)和分區(qū)本身的磁盤數(shù)據(jù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)復(fù)制下來即可。由于資源管理中間層的存在，這些操作都變得非常簡單，而遷移同樣簡單，甚至很容易在線進行，升級也變得更加簡單，例如當(dāng)磁盤空間不夠時，只要通過資源管理中間層為這個分區(qū)追加存儲空間即可。最后，也是最為重要的，分區(qū)可以實現(xiàn)計算資源的實時動態(tài)分配，也就是說，在同一

時間，負載大的分區(qū)可以獲得更多的計算資源，在負載下降時，計算資源可以被回收

、返還或再分配給其他的分區(qū)。此外，分區(qū)技術(shù)能夠與虛擬化的存儲技術(shù)（底層可使用SAN或iSCSI等技術(shù)）相結(jié)合，

最大限度地實現(xiàn)資源整合和按需動態(tài)分配。另外，在分區(qū)技術(shù)中，多數(shù)場合下，虛擬化軟件要運行在一個操作系統(tǒng)之上，該操作

系統(tǒng)被稱為宿主操作系統(tǒng)（HostOS），而運行在虛擬化軟件之上的操作系統(tǒng)則被稱

做客戶操作系統(tǒng)（GuestOS）?！疤摱鴮嵵睏l件成熟既然虛擬化的技術(shù)實質(zhì)是在中間層次實現(xiàn)資源的再分配，那么它必然會引入額外的計算需求，產(chǎn)生額外的計算開銷，使計算效率下降。這是結(jié)構(gòu)性的根本問題，所有的虛擬化軟件都不可避免。但是，如果計算平臺的硬件在某些層次上能夠提供對虛擬化技術(shù)的支持，就能夠使計算效率大大提高。以往基于x86的分區(qū)虛擬化解決方案都是純軟件實現(xiàn)的，無法得到硬件的支持，而現(xiàn)在IBM、Sun、HP、富士通等廠商的小型機都能夠在處理器、I/O等多個層次上提供對分區(qū)技術(shù)的硬件支持。而且最近一年來，Intel和AMD先后宣布了VT和Pacifica虛擬化技術(shù)，并推出了支持虛

擬化技術(shù)的處理器產(chǎn)品，使得x86平臺的虛擬化軟件不再孤立無援，計算效率得以提

高，開始有了進軍企業(yè)級應(yīng)用的初始條件。除了處理器虛擬化技術(shù)之外，雙核/多核以及64位技術(shù)在x86平臺上的出現(xiàn)及發(fā)展也都

為虛擬化技術(shù)提供了更好的支持，x86平臺的計算能力比起20年前有了上千倍的提升

。最近Sun發(fā)布的SunFireX4600服務(wù)器最多能支持16路Opteron處理器，其計算能力

足以和普通的小型機媲美，在這些強大的計算環(huán)境的支撐下，分區(qū)已經(jīng)成為一種水到

渠成的選擇。當(dāng)然，基于x86平臺的虛擬化技術(shù)才剛剛起步，與小型機“前輩”相比，所得到的硬

件支持還十分有限，但x86虛擬化解決方案的競爭優(yōu)勢已經(jīng)開始體現(xiàn)出來。一方面，

比小型機（Unix服務(wù)）低上幾倍的價格顯然相當(dāng)有吸引力；另一方面，秉承x86產(chǎn)品

的優(yōu)良傳統(tǒng)，虛擬化產(chǎn)品的易用性也非常出色。例如，當(dāng)我們測試IBM的P系列服務(wù)器

時，需要一臺專門的PC工作站來進行分區(qū)管理的工作，而基于x86平臺的虛擬化產(chǎn)品

用起來要簡單得多。虛擬化“三劍客”基于x86的虛擬化產(chǎn)品通?？梢院唵蔚胤殖扇齻€組成部分，最基礎(chǔ)的也是最重要的是

資源調(diào)度層，在宿主操作系統(tǒng)和客戶操作系統(tǒng)之間承上啟下，通常被稱做Hypervisor；其上負責(zé)使用Hypervisor所提供功能并完成分區(qū)創(chuàng)建、資源再分配等功能的是用戶界面層；此外，還有專門負責(zé)連接客戶操作系統(tǒng)，提供基本輸入輸出功能的客戶端連接工具。工程師選擇了三款最為典型的x86平臺虛擬化產(chǎn)品進行測試，分別是EMC的VMwareServer

1.0、MicrosoftVirtualServer2005R2以及XenSource的開放源代碼產(chǎn)品Xen3.

0.2。下面逐一進行介紹。VMwareVMware是第一家向用戶提供商用x86虛擬化解決方案的廠商，也是現(xiàn)在該領(lǐng)域產(chǎn)品線較為齊備、功能較為完善的廠商，不少用戶認識虛擬化就是從VMware開始的。雖然去

年下半年以來，VMware開始感受到了來自微軟和XenSource的市場壓力，但VMware適時

改變了策略，推出了免費的VMwareVirtualServer1.0，在很大程度上扭轉(zhuǎn)了這種

不利的局面。VMware的虛擬化產(chǎn)品家族陣容龐大，從不需要宿主操作系統(tǒng)就能運行的高端產(chǎn)品VMware

ESXServer，到不能創(chuàng)建虛擬機而只能運行虛擬機且功能簡化到極點的VMwarePlayer

，涉及到了虛擬化的各個層次和各個領(lǐng)域。VMware基礎(chǔ)架構(gòu)（如圖1所示）是當(dāng)前基于x86平臺最為成熟的高端虛擬化整體解決方

案，能夠基于多臺服務(wù)器和大型存儲系統(tǒng)實現(xiàn)完整的整虛擬化資源調(diào)度。圖1VMware基礎(chǔ)架構(gòu)圖長期的市場考驗使VMware無論是對于Windows還是Linux都具有良好的兼容性，不同于

VirtualServer只能支持Windows或Xen只能支持Linux作為宿主平臺，VMware同時提

供了基于Windows和Linux的版本，為用戶提供了更大的靈活性。我們這次選用的是VMware于2006年7月新推出的VMwareVirtualServer1.0，也是VMware

最重要的免費產(chǎn)品，其功能與之前的VMwareGSXServer相似，定位與VirtualServer

2005R2以及Xen3.0非常接近，屬于中低端企業(yè)級產(chǎn)品。MicrosoftVirtualServer微軟公司切入虛擬化市場不算早，但動作卻非常果斷。在看清虛擬化的大趨勢之后，

微軟閃電收購了Connectix，后者即是以桌面系統(tǒng)虛擬化軟件VirtualPC著稱的。而VirtualServer2005是那次之后由微軟在VirtualPC的基礎(chǔ)上開發(fā)而來的。雖然有這種繼承關(guān)系，但VirtualServer的風(fēng)格和VirtualPC還是有很大的不同，企業(yè)級的特點十分突出。如果說VirtualServer2005只是看起來像是一個企業(yè)級產(chǎn)品，而VirtualServer2005

R2則被微軟當(dāng)作是一個可以用在生產(chǎn)環(huán)境中的企業(yè)級虛擬化產(chǎn)品了。雖然在版本號

上僅僅是一個“Release2”的區(qū)別，但它加入了對Intel處理器虛擬化技術(shù)的支持，

在性能和穩(wěn)定性等方面都有很大提高。這實際上是VirtualServer產(chǎn)品第一次真正意義上的嚴(yán)肅亮相。VirtualServer2005R2不僅得到了Intel處理器虛擬化技術(shù)的增援，更得到了微軟

自己的WindowsServer2003R2的全力支持，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。兩個R2同時發(fā)布，

而WindowsServer2003R2最強調(diào)的增強特性之一就是虛擬化技術(shù)。圖2VirtualServer2005R2結(jié)構(gòu)圖

雖然此次亮相的意義重大，但VirtualServer2005R2仍然是作為一個過渡性的產(chǎn)品

問世的，從長遠來看，虛擬化軟件將和操作系統(tǒng)進一步融合，代號為Viridian的Longhorn

ServerHypervisor虛擬化組件將成為今后Windows平臺的主流虛擬化產(chǎn)品。但是，

如果出現(xiàn)LonghornServer或者Viridian推出日期被拖后的情況，勢必會要求Virtual

Server2005R2挑起大，從現(xiàn)在微軟產(chǎn)品進度來分析，這種可能性是存在的。而Virtual

Server2005R2也在積極更新為此做好準(zhǔn)備，當(dāng)前微軟已經(jīng)推出了VirtualServer

2005R2SP1的Beta1版。將異構(gòu)的平臺整合到一個環(huán)境中是虛擬化最有吸引力的功能之一，在經(jīng)過了與Linux

勢不兩立的長期對抗之后，微軟在虛擬化方面表現(xiàn)出了務(wù)實的態(tài)度。一方面在自有的

VirtualServer2005R2中開始支持Linux作為GuestOS,另一方面和XenSource達成

合作，使Linux環(huán)境下的Xen能夠支持Windows作為GuestOS。這些舉措無疑為用戶提

供了更廣泛的部署靈活性。微軟的虛擬化解決方案如圖3所示。圖3微軟虛擬化解決方案結(jié)構(gòu)圖XenSourceXenXen是開放源代碼世界中具有傳奇色彩的一支新軍，近兩年在眾多的開源虛擬化解決方案中脫穎而出，先后受到RedHat、

SUSE等Linux領(lǐng)袖乃至IBM和微軟等業(yè)界巨頭的青睞。圖4“微內(nèi)核”結(jié)構(gòu)圖Xen的成功在很大程度上是由于其先進的結(jié)構(gòu)。和傳統(tǒng)的“微內(nèi)核”（如圖4所示）結(jié)

構(gòu)不同，Xen使用了所謂的“并行虛擬化”結(jié)構(gòu)（如圖5所示），減少了中間層次，更

大限度地利用了宿主操作系統(tǒng)的代碼，從而大幅度地減少了虛擬化運行的開銷，提高

了計算效率。由于Xen使用GPL開源許可證方式，其開發(fā)團隊善于積極使用新的技術(shù)，

在產(chǎn)品中第一時間提供了對于IntelVT以及AMDPacifica等處理器虛擬化技術(shù)的支持

，贏得了市場的先機。圖5“并行虛擬化”結(jié)構(gòu)圖

除了結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢，Xen在虛擬化的一些基礎(chǔ)而關(guān)鍵的領(lǐng)域也取得了突破，例如，

Xen3.0能夠在虛擬機上支持32路SMP,并且在運行的虛擬機之間實現(xiàn)CPU資源的動態(tài)

調(diào)度。Xen的加入使得原有VMware一支獨秀的局面被打破，前些時候Xen與微軟達成合作，更

是改變了市場的原有格局，作為當(dāng)前發(fā)展最為迅速的虛擬化產(chǎn)品，Xen的前景被廣泛

看好。這次我們測試的Xen3.0是SUSELinux10企業(yè)服務(wù)器版預(yù)先集成的，據(jù)悉，Red

Hat也將集成Xen。實戰(zhàn)虛擬化表面看來，三個產(chǎn)品各有特色，更加深入的特性只有通過評測來挖掘，讓數(shù)據(jù)來說話現(xiàn)階段要運行虛擬化產(chǎn)品，最好的系統(tǒng)平臺顯然是WindowsServer2003R2和SUSELinux10.1企業(yè)版，兩者都把支持虛擬化產(chǎn)品作為重要特性

來宣傳。因此工程師基于這兩種系統(tǒng)設(shè)計了評測方案:硬件平臺是華碩AP2400R—E22U雙路服務(wù)器，配備2GBDDRII內(nèi)存，雙Xeon3.0GhzCPU(1MBL2Cache),3塊73GB

SeagateCheetah10k.7SCSI硬盤。在3個虛擬化產(chǎn)品中，Xen只能運行在Linux平臺上，因此和SUSELinux“搭檔”，VMware同時支持Linux和Windows，考慮到使用Windows的場合更多，因此VMwareServer和VirtualServer都以WindowsServer2003R2為宿主系統(tǒng)。客戶系統(tǒng)的情況要簡單一些，每個虛擬化平臺之上都安裝了Windows和Linux兩套系統(tǒng)

，惟一的例外是Xen，考慮到Xen不久前才宣布支持Windows，現(xiàn)有的支持還不夠成熟

，所以我們放棄了這種情況。至于宿主系統(tǒng)，我們選擇了Windows陣營中的Windows2003Server，以及Linux陣營

中的Trustix2.2，后者雖不怎么出名，但實際上它是RedHat眾多衍生者之一，側(cè)重

于安全和穩(wěn)定，安裝光盤只有不到500MB，非常適合用來做測試。安裝時，我們設(shè)置

Windows系統(tǒng)虛擬磁盤空間為10GB，Linux虛擬磁盤空間為3GB,內(nèi)存都設(shè)置為1024MB

，測試時只有被測虛擬機運行，另一個虛擬機關(guān)閉。在客戶機系統(tǒng)之上，我們使用了多種測試工具來考察虛擬機的效率，基于Windows平

臺選用了Everest和SuperPI，前者是一個綜合測試工具，可以反映內(nèi)存訪問、磁盤

1/0、處理器運算等各方面的性能，后者專門用來測試計算性能，由于同時有Windows

和Linux兩個平臺的版本，故可以用來作跨平臺的性能參考。此外，在Linux平臺上，

我們還使用了常見的下載工具Wget1.9的源代碼來考察編譯時間，這種測試能較客觀

地表現(xiàn)出Linux平臺的綜合性能。VirtualServer2005R2(以下簡稱R2)采用了基于Web的管理界面，如圖6所示。對

此有些用戶可能會感到不太習(xí)慣，但是Web界面的優(yōu)勢顯而易見，用戶幾乎可以不受

地點限制對其進行遠程管理。而且，通過SSL等技術(shù)，管理行為的安全性得到較好的

保證。在Web管理界面中，用戶可以創(chuàng)建、啟動和停止虛擬機，為虛擬機創(chuàng)建和分配I/O資源，以及調(diào)整虛擬機的優(yōu)先權(quán)。圖6VirtualServer2005R2管理界面客戶端控制工具VMRC即可以作為一個SDI應(yīng)用獨立運行，也可以作為ActiveX插件在Web

界面中運行，需要指出的是，VMRC的默認端口是TCP5900,如果要遠程管理，必須打

開相關(guān)防火墻的端口。在客戶機運行過程中，R2不能動態(tài)改變分配給客戶機的資源，例如內(nèi)存容量。此外，

雖然我們的測試環(huán)境建立在WindowsServer2003R2x64企業(yè)版和VirtualServer

2005R2x64企業(yè)版之上，但GuestOS不支持64位的操作系統(tǒng)，只能安裝32位版本。測試成績展示從測試的情況看，VirtualServer2005R2是一個合格的分區(qū)虛擬化平臺，但是卻并沒有提供太多讓我們感到驚喜的功能。VMwareServer1.0是上個月剛剛發(fā)布的新產(chǎn)品，卻表現(xiàn)出了過人的成熟。其控制終端

界面非常人性化，標(biāo)簽式頁面方便了用戶在各虛擬機之間切換，如圖7所示。在Windows

和Linux虛擬機的安裝過程中，我們沒有遇到任何麻煩，套件中的Linux驅(qū)動工具在Trustix

上安裝正常。與VirtualServer相比，它支持更多的網(wǎng)卡工作模式，像是橋接、NAT

等，能夠更好地適應(yīng)服務(wù)器和應(yīng)用整合的復(fù)雜環(huán)境，另外，它還能夠為客戶機虛擬出

SMP環(huán)境。圖7VMwareServer1.0終端界面在三個產(chǎn)品中，Xen是最神秘的一個，對于不熟悉Linux操作的用戶來說，Xen簡直毫

無易用性可言，但事實上它的性能出色。Xen由核心部分（與Linux核心一起工作）、

啟動部分、Xen工具、Xen庫文件、Xen配置文件以及文檔組成，作為一款企業(yè)級GPL產(chǎn)

品，洋溢著典型的GNU風(fēng)格。其虛擬機配置是通過建立和修改相關(guān)的配置文件來進行

的，我們在測試中使用SUSELinux作為宿主系統(tǒng)，安裝在/dev/sdal,另外在/dev/sda2

安裝一個Trustix,在SUSELinux下面以Xen方式啟動后，建立一個配置文件用來載入

Trustix系統(tǒng)，這是一個很有趣的場景。Xen具有高度可定制性，它既可以用來創(chuàng)建宿

主系統(tǒng)的多份實例，也可以用來載入另一個系統(tǒng)。在創(chuàng)建并載入Trustix實例之后，

我們可以完全進入Trustix環(huán)境，就像是通過重新啟動進入Trustix—樣，但是只要用

Ctrl+］這個著名的Escape命令，就能夠隨時回到SUSE環(huán)境，此外，當(dāng)我們在Ttrustix

環(huán)境中使用reboot命令時，也會回到SUSE環(huán)境。除了在各種虛擬化環(huán)境中的Wind