主流虚拟化技术有哪些 详解五大虚拟化主流技术

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控力，降低计算机使用的复杂性，为用户提供更加方便适用的使用环境的一种虚拟化模式。平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。（2）资源虚拟化（ResourceVirtualization），针对特定的计算资源进行的虚拟化，例如，存储虚拟化、网络资源虚拟化等。存储虚拟化是指把 *** 作系统有机地分布于若干内外存储器，两者结合成为虚拟存储器。网络资源虚拟化最典型的是网格计算，网格计算通过使用虚拟化技术来管理网络上的数据，并在逻辑上将其作为一个系统呈现给消费者，它动态地提供了符合用户和应用程序需求的资源，同时还将提供对基础设施的共享和访问的简化。当前，有些研究人员提出利用软件代理技术来实现计算网络空间资源的虚拟化，如Gaia，NetChaser[21]，SpatialAgent。（3）应用程序虚拟化（ApplicationVirtualization），它包括仿真、模拟、解释技术等。Java虚拟机是典型的在应用层进行虚拟化。基于应用层的虚拟化技术，通过保存用户的个性化计算环境的配置信息，可以实现在任意计算机上重现用户的个性化计算环境。服务虚拟化是近年研究的一个热点，服务虚拟化可以使业务用户能按需快速构建应用的需求，通过服务聚合，可屏蔽服务资源使用的复杂性，使用户更易于直接将业务需求映射到虚拟化的服务资源。现代软件体系结构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期，通过在应用层建立虚拟化的模型，可以提供最佳开发测试和运行环境。（4）表示层虚拟化。在应用上与应用程序虚拟化类似，所不同的是表示层虚拟化中的应用程序运行在服务器上，客户机只显示应用程序的UI界面和用户 *** 作。表示层虚拟化软件主要有微软的Windows远程桌面（包括终端服务）、CitrixMetaframePresentationServer和SymantecPcAnywhere等。12虚拟化的方法通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化，它通过控制程序隐藏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。通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。121指令级虚拟化方法在指令集层次上实现虚拟化，即将某个硬件平台上的二进制代码转换为另一个平台上的二进制代码，实现不同指令集间的兼容，也被称作“二进制翻译”。二进制翻译是通过仿真来实现的，即在一个具有某种接口和功能的系统上实现另一种与之具有不同接口和功能的系统。二进制翻译的软件方式，它可以有3种方式实现：解释执行、静态翻译、动态翻译。近年来，最新的二进制翻译系统的研究主要在运行时编译、自适应优化方面，由于动态翻译和执行过程的时间开销主要包括四部分：即磁盘访问开销、存储访问开销、翻译和优化开销、目标代码的执行开销，所以要提高二进制翻译系统的效率主要应减少后3个方面的开销。目前典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA、Crusoe、Aeries、IA-32EL、Dynamo动态优化系统和JIT编译技术等。122系统级虚拟化方法系统虚拟化是在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。从系统架构看，虚拟机监控器（VMM）是整个虚拟机系统的核心，它承担了资源的调度、分配和管理，保证多个虚拟机能够相互隔离的同时运行多个客户 *** 作系统。系统级虚拟化要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化实现。（1）CPU虚拟化CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，多个虚拟CPU分时复用物理CPU，任意时刻一个物理CPU只能被一个虚拟CPU使用。VMM必须为各虚拟CPU合理分配时间片并维护所有虚拟CPU的状态，当一个虚拟CPU的时间片用完需要切换时，要保存当前虚拟CPU的状态，将被调度的虚拟CPU的状态载入物理CPU。X86的CPU虚拟化方法主要有：二进制代码动态翻译（dynamicbinarytranslation）、半虚拟化（para-virtualization）和预虚拟化技术。为了弥补处理器的虚拟化缺陷，现有的虚拟机系统都采用硬件辅助虚拟化技术。CPU虚拟化需要解决的问题是：①虚拟CPU的正确运行，虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行，各虚拟机之间不互相影响，即指令的执行结果不改变其他虚拟机的状态，目前主要是通过模拟执行和监控运行；②虚拟CPU的调度。虚拟CPU的调度是指由VMM决定当前哪一个虚拟CPU实际在物理CPU上运行，保证虚拟机之间的隔离性、虚拟CPU的性能、调度的公平。虚拟机环境的调度需求是要充分利用CPU资源、支持精确的CPU分配、性能隔离、考虑虚拟机之间的不对等、考虑虚拟机之间的依赖。常见的CPU调度算法有BVT、SEDF、CB等。（2）内存虚拟化VMM通常采用分块共享的思想来虚拟计算机的物理内存。VMM将机器的内存分配给各个虚拟机，并维护机器内存和虚拟机内存之间的映射关系，这些内存在虚拟机看来是一段从地址0开始的、连续的物理地址空间。在进行内存虚拟化后，内存地址将有机器地址、伪物理地址和虚拟地址三种地址。在X86的内存寻址机制中，VMM能够以页面为单位建立虚拟地址到机器地址的映射关系，并利用页面权限设置实现不同虚拟机间内存的隔离和保护。为了提高地址转换的性能，X86处理器中加入TLB，缓存已经转换过的虚拟地址，在每次虚拟地址空间切换时，硬件自动完成切块TLB。为了实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采取复合映射的思想，通过MMU半虚拟化和影子页表来实现页表的虚拟化。虚拟机监控器的数据不能被虚拟机访问，因此需要一种隔离机制，这种隔离机制主要通过修改客户 *** 作系统或段保护来实现。内存虚拟化的优化机制，包括按需取页、虚拟存储、内存共享等。（3）I/O虚拟化由于I/O设备具有异构性强，内部状态不易控制等特点，VMM系统针对I/O设备虚拟化有全虚拟化、半虚拟化、软件模拟和直接I/O访问等设计思路。近年来，的学者将I/O虚拟化的研究放在共享的网络设备虚拟化研究，提出将IOVM结构映射到多核心服务器平台。I/O设备除了增加吞吐量和固有的并行数据流、联系串行特性以及基于分组的协议外，还应该考虑到传统的PCI兼容的PCIExpress的硬件，建立相应的总线适配器，以弥补象单一主机无专门的驱动程序时的需要。有些研究人员专注于外存储虚拟化的研究，提出让存储虚拟化系统上的SCSI目标模拟器运行在SAN上，存储动态的目标主机的物理信息，并使用映射表方法来修改SCSI命令地址，使用位图的技术来管理可用空间等思想。存储虚拟化系统应提供诸如逻辑卷大小、各种功能、数据镜像和快照，并兼容集群主机和多个 *** 作系统。由于外存储虚拟化能全面提升存储区域网络的服务质量，而带外虚拟化与带内虚拟化相比具有性能高和扩展性好等优点，通过运用按序 *** 作、Redo日志以及日志完整性鉴别，设计基于关系模型的磁盘上虚拟化元数据组织方式，可以形成一致持久的带外虚拟化系统。13虚拟化的管理虚拟化的管理主要指多虚拟机系统的管理，多虚拟机系统是指在对多计算系统资源抽象表示的基础上，按照自己的资源配置构建虚拟计算系统，其主要包括虚拟机的动态迁移技术和虚拟机的管理技术。（1）虚拟机之间的迁移将虚拟化作为一种手段管理现有的资源和加强其在网络计算的利用率，通过构建分布式可重构的虚拟机，必要时在物理服务器运行时迁移服务。通过移动代理技术、分布式虚拟机等提高资源利用率和服务可用性，通过寻找服务最优的策略在可重构和分布式虚拟机上迁移。为了将虚拟机运行的 *** 作系统与应用程序从一个物理结点迁移到另外一个运行结点，同时保持客户 *** 作系统和应用程序不受干扰，有些研究者提出以数据为中心的可迁移的虚拟运行环境，使得用户 *** 作环境实现异地迁移、无缝重构；也有研究人员提出程序执行环境的动态按需配置机制。在跨物理服务器迁移虚拟机，进行自动化的虚拟服务器的管理，必须考虑高层次的服务质量要求和资源管理成本。有些研究人员提出了通过管理程序控制的方法，以支持移动IP的实时迁移虚拟机在网络上，使虚拟机实时迁移其分布计算资源，从而改善迁移性能，降低网络恢复延迟，提供高可靠性和容错。有些研究机构通过设计一个通用的硬件抽象层，实现多个虚拟机的移植，具有高效率执行环境中的移动设备。虚拟机的迁移步骤一般有启动迁移、内存迁移、冻结虚拟机、虚拟机恢复执行。（2）虚拟机的管理对于多虚拟机来说，一个非常重要的方面是减少用户对动态的和复杂的物理设备的管理和维护，通过软件和工具来实现任务管理。当前典型的多虚拟机服务器管理软件是VirtualInfrastructure，它通过VirtualCenter管理服务器的虚拟机池，通过VMotion完成虚拟机的迁移，通过VMFS管理多虚拟机文件系统。其次，Parallax是针对Xen的多虚拟机管理器，它通过采用消除写共享，增强客户端的缓存等方式并利用模板映像来建立整个系统；同时使用快照（snapshot）以及写时复制（copy-on-write）机制来实现块级共享，并使用副本来保证可用性。虚拟机监控器直接控制parallax使用的物理盘，它们运行物理设备驱动器，并给虚拟磁盘镜像VDI的本地虚拟机提供一个普通的块接口。2虚拟化在制造业信息化中的应用21虚拟化在制造业信息化中的应用框架当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、网络化、信息化和智能化的方向发展，在这种趋势下，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。这些先进制造技术和先进制造模式要求现有的IT基础设施能提供更高的计算服务水平，因此在制造业信息化中，需要建立以虚拟化为导向的资源分配体系结构，提供客户驱动的服务管理和计算风险管理，维持以服务水平协议（SLA）为导向的资源分配体系。虚拟化在制造业信息化中主要用于集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等。处在最底层的是制造业企业的虚拟计算资源池（VirtualCluster），它由多台物理服务器（PhysicsMachine）形成，各物理服务器上运行着虚拟化软件（VMM），虚拟化软件上运行着完成各种任务需求的虚拟机，虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）为IT环境提供集中化、 *** 作自动化、资源优化的功能，可以快速部署向导和虚拟机模板。虚拟计算资源池中的虚拟机将不同类型的客户 *** 作系统（GuestOS）和运行其上的数据层、服务层应用程序（App）封装在一起，形成一个企业协同设计制造的完整系统，为表示层的用户提供多种形态的数据处理和显示功能。在图1的框架中，虚拟计算资源池的动态资源调度（DRS）模块可以跨越物理机不间断地监控资源利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定规则，在多个虚拟机之间分配可用资源。在制造业信息化中，集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等多种应用需求都将以各种服务的形式被封装到了虚拟机中，例如制造任务协同服务、资源管理服务、信息访问服务、>虚拟化技术有哪些
1、CPU虚拟化
虚拟化在计算机方面通常是指计算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。简单说来，CPU的虚拟化技术就是单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个 *** 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。
2、网络虚拟化
网络虚拟化是目前业界关于虚拟化细分领域界定最不明确，存在争议较多的一个概念。微软眼中的“网络虚拟化”，是指虚拟专用网络（）。对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护IT环境，防止来自Internet的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。
3、服务器虚拟化
与网络虚拟化不同，服务器虚拟化却是虚拟化技术最早细分出来的子领域。根据2006年2月ForresterResearch的调查，全球范围的企业对服务器虚拟化的认知率达到了75%。三分之一的企业已经在使用或者准备部署服务器虚拟化。这个产生于20世纪60年代的技术日益显示出其重要价值。由于服务器虚拟化发展时间长，应用广泛，所以很多时候人们几乎把服务器虚拟化等同于虚拟化。
4、存储虚拟化
随着信息业务的不断运行和发展，存储系统网络平台已经成为一个核心平台，大量高价值数据积淀下来，围绕这些数据的应用对平台的要求也越来越高，不光是在存储容量上，还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。因为这个原因，虚拟化技术又一子领域——虚拟存储技术，应运而生。
5、应用虚拟化
前面几种虚拟化技术，主要还专注于对硬件平台资源的虚拟优化分配，随着IT应用的日益广泛，应用虚拟化作为虚拟化家族的明日之星登上了历史舞台。2006年7月由Forrester咨询公司在美国对各种不同行业的高层IT管理人员所做的一项研究显示，当今的机构现在将应用虚拟化当作是业务上的一个必由之路，而不是一个IT决策。据统计，全世界目前至少有超过18万个机构在利用应用虚拟化技术进行集中IT管理、加强安全性和减少总体成本。

摘 要：随着计算机技术的发展，服务器虚拟化技术已经被越来越多的企业所采用，使用这种技术可以大大提高服务器的使用效率。文章中主要介绍了两种虚拟化软件Vmware和Xen的结构特点，并分析了它们之间的区别。
关键词：服务器虚拟化 Vmware Xen

虚拟化将主宰未来的企业，在现在的国内，企业数据中心都是根据需求随时添加服务器设备，这些设备基本上都是分散的，不同品牌、不同配置甚至不同架构，最致命的是，在其上运行的应用并不能够充分利用服务器所有的资源，占用到15%―20%的服务器资源是一个普遍现象，而使用虚拟化技术可以减少服务器数量的增加，简化服务器管理，同时明显提高服务器利用率、网络灵活性和可靠性。将多种应用整合到少量企业级服务器上即可实现这一目标。通过整合及虚拟化，数百台服务器可以减少至数十台。10%甚至更低的服务器利用率将提高到60%或更高，IT基础设施的灵活性、可靠性和效率也将得到改进。由此可见虚拟化技术成为各个企业和研究机构的重要课题。下面简单介绍一下两种虚拟化软件及其区别。

一、VMware

VMware是业界著名的虚拟机产品，它有VMware Workstation、VMware GSX Server、VMware ESX Server等系列产品。VMware的VMM可以有两种结构形式，即Standalone和Hosted。Standalone的结构形式是指，VMM作为一层直接运行在硬件平台上的软件层，在它上面可以创建和管理多个客户虚拟系统。这种结构的VMM有点像一个 *** 作系统，它包含硬件平台的驱动，受到硬件平台种类的限制。它适合于服务器的应用环境，其典型的产品是VMware ESX Server。
Hosted结构的VMM作为 *** 作系统的一个应用程序运行，它可以利用 *** 作系统自身的内存管理、CPU调动、硬件驱动和资源管理。VMware Workstation使用的是Hosted的结构，是设计来让一些应用程序，比方软件的研发或测试程序来执行，同时Server版本的目标则针对数据库以测试软件更新、简化应用程序的提供，或使用虚拟的设备等功能。ESX Server可以藉由不使用 *** 作系统来大量增加效能。相反的，ESX使用自己设计的 *** 作系统核心，可以直接在计算机上执行。这个方法可以同时支持更多的虚拟服务器，但ESX核心支持的硬件并不多。
由于VMware的目标平台是x86平台，因此，它也同样面临着x86平台不完全支持虚拟化的问题。VMware的解决方法是其专利技术，在需要VMM参与的地方，动态重写部分虚拟系统的指令，使其可以trap到VMM。
此外，VMware还有Virtual Center。VMotion应用在IBM Blade Center刀片服务器上，使之具备更好的d性和可用性，结合刀片服务器的模块化和可扩展性，可以增加内存和I/O能力的扩展比例，混合刀片间的工作负载均衡。Virtual Center采用集中式管理，可以监控系统的可用性及性能，并可以自动告警，SDK与现有管理工具整合，通过稳定的访问控制保证系统安全。VMotion技术使用户在保持连续的服务可用性的同时，还可以将实时运行企业用户关键业务的虚拟机，从一台物理主机转移到另一台物理主机，并动态获得每台物理服务器资源的极佳利用率、零宕机维护、快速重新配置，以及持续的工作负载整合能力。

二、Xen

Xen VMM（Virtual Machine Monitor）是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够让我们创建更多的虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个 *** 作系统上的实例。
这些客户OS可以是修补过的Linux内核24或26，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化，内核也就不需要打补丁了。比如说，Intel的VT和AMD的Pacifica处理器都将包括这种支持。
在Xen中，一个“系统管理程序”运行在0环，客户OS运行在1环，应用程序运行在3环。这种关系对于x64/64有一点不同，就是客户内核和应用程序都运行在3环上。
Xen自身被称为“系统管理程序”，是因为它比客户OS的系统管理代码运行所需的特权级还高。
当系统引导的时候，Xen被装载到0环的内存中。它在1环上启动修补过的内核，这被称作是domain 0（注：domain是指一个运行中的虚拟机，在其上有一个guest OS在执行）。从这个domain开始，你可以创建更多的domain，也可以销毁它们，还可以进行domain的迁移、设置参数等等。你创建的那些domain也运行在1环它们的内核中。用户应用程序运行在3环。
目前，修补过的Linux内核24和26可以作为domain 0。据Xen开发者所说，将来domain 0仅支持26的内核补丁。构造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_buildc中的construct_dom0()方法中实现的。
物理设备驱动程序只能运行在特权级，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其它修补过的OS内核对它所有的设备提供虚拟化支持。这样的好处就是Xen的开发者不必再去开发设备驱动程序。
在一个有标签TLB的处理器上使用Xen能够大大提高性能。标签TLB能够把ASID（Address Space Identifier）放在TLB入口处。有了这个特性，当处理器在系统管理程序和客户OS之间切换时就不需要刷新TLB了，这大大减少了系统开销。

三、两者主要区别

目前Xen和VMware是市场上主流的两大虚拟化产品。现在我就来谈谈这两大产品背后的架构有什么区别，以及这一技术在未来会如何发展。VMware ESX服务器的架构是建立在直接执行（直接在硬件上上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上的。从根本上说，它把一个完整的X86平台导出到虚拟机上，ESX服务器可以使大多数能在X86上执行的 *** 作系统都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。Xen的架构中使用了一种叫Para虚拟化技术(Para Virtualization)，对虚拟出来的客户 *** 作系统（Guest OS）进行修改，使它知道它是在虚拟环境下运行。
那么这两种方式有什么不同呢？最大的不同就是对输入/输出（I/O）设备的处理。虚拟机I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由在很大程度上影响虚拟平台架构的性能、便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层,这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通讯。这种方法能提供很好的性能，但是对于闭源和传统 *** 作系统支持有限。在ESX中，虚拟机的虚拟设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。ESX虚拟机可以为其虚拟设备使用现成的（off-the-shelf）驱动。这不仅能提供高性能，还能提供更广泛的 *** 作系统支持。然而在这个模型里，新的设备驱动必须要导入到ESX内核中。为了解决I/O虚拟化的平衡问题和复杂化问题，戴尔与英特尔、AMD这样的合作伙伴以及外设硬件供应商们一起，在芯片组和I/O设备中引入了虚拟化支持。企业级虚拟化解决方案的另外一个重要部分就是其管理。戴尔OpenManage这样的产品附送VMware Virtual Center、P2V 和VM Importer，提供了整套工具，能有效进行部署、监控、 *** 作自动化，以及对虚拟IT数据中心进行管理。Novell和Red Hat都在它们的 *** 作系统中整合了对Xen平台的管理，方法是运用像YaST和Anaconda这样的安装和配置工具以及Virtual Machine Manager这样的管理工具。

四、虚拟化技术的未来

资讯科技及通讯业研究权威Gartner估计，由现在至2010年间，虚拟化将会是资讯基建及营运领域中最重要的技术，并会彻底改变资讯科技部门管理、采购、部署、规划，以及其所提供服务的收费模式。虚拟化目前不再只着重技术，而是更加着重企业内的流程改变及文化变迁。虚拟化可让服务以另一种模式提供。每个经虚拟化的层面都可作独立的管理，或甚至由他人所掌管，例子包括串流式应用或员工所拥有的个人计算机一样。这一切均要求企业文化作出重大改变。

参考文献：
[1]郭庭廷,吴玮揭开虚拟化神秘面纱[J]机械工业信息与网络，2007，(03)
[2]成凯透视虚拟化技术[J]软件世界，2007，(11)
[3]伍班权虚拟化技术及其发展[J]办公自动化，2007，(12)
[4]杨晓伟基于Xen的X86虚拟机性能调优[J]计算机工程，2006，(24)
[5]刘志平基于VMware虚拟网络的构建[J]内蒙古大学学报(自然科学版)，2007，(01)
[6]赵祖荫基于VMware软件的虚拟计算机的构建方法[J]微型电脑应用，2004，(06)

应用虚拟化主要包括两个方面：共享桌面和远程应用。
共享桌面
基于Windows的RDS服务（Remote Desktop Services，远程桌面服务）来发布的完整桌面，相比普通虚拟桌面更加轻量级，用户之间通过会话隔离，用户Profile漫游数据存储在共享的文件服务器上，存储数据使用共享的存储系统，文件系统与存储系统由第三方提供。
远程应用
基于Windows的RDS服务来发布应用，对应用程序进行集中控制和管理，向任何时间、任何地点的用户提供远程应用服务，终端用户无需安装应用程序，就可以使用应用程序，用户Profile漫游数据存储在共享的文件服务器上，存储数据使用共享的存储系统，文件系统与存储系统由第三方提供。
用户数据存储
支持共享桌面、远程应用个人用户Profile漫游：使用“漫游用户配置”和“文件夹重定向”两个功能来提供Profile数据漫游功能，存储在由第三方提供的共享的文件服务器上。
支持共享桌面、远程应用个人用户数据存储：用户个人数据使用共享的存储系统，存储系统由第三方提供（如NAS）。
软件兼容性
部署应用软件要求：
软件必须支持多实例运行，能同时打开多个程序实例。
不支持需要以管理员权限才能够运行的软件。

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