虚拟化技术基础解析

一、什么是虚拟化?

       虚拟化，是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，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。

虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源，可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够真正成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。

二、虚拟化有哪些分类?

1. 完全虚拟化

       最流行的虚拟化方法，使用Hypervisor这种中间层软件，在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。

       Hypervisor可以捕获CPU指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而，完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上，而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是，性能方面不如裸机，因为Hypervisor需要占用一些资源，给处理器带来开销。

       在完全虚拟化的环境下，Hypervisor运行在裸硬件上，充当主机操作系统，而由Hypervisor管理的虚拟服务器运行客户端操作系统(Guest OS)。

2. 准虚拟化

       完全虚拟化是处理器密集型技术，因为它要求Hypervisor管理各个虚拟服务器，并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是，改动客户操作系统，让它以为自己运行在虚拟环境下，能够与Hypervisor协同工作，这种方法就叫准虚拟化。

       准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与Hypervisor协同工作，其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。它的客户操作系统(Guest OS)集成了虚拟化方面的代码。该方法无需重新编译或引起陷阱，因为操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作。

3. 操作系统层虚拟化

       实现虚拟化还有一个方法，那就是在操作系统层面增添虚拟服务器功能。就操作系统层的虚拟化而言，没有独立的Hypervisor层。相反主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是，如果使用操作系统层虚拟化，所有虚拟服务器必须运行同一操作系统。

        虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差，但本机速度性能比较高。此外，由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易。

4. 桌面虚拟

        服务器虚拟化主要针对服务器而言，而虚拟化最接近用户的还是要算的上桌面虚拟化了，桌面虚拟化主要功能是将分散的桌面环境集中保存并管理起来，包括桌面环境的集中下发，集中更新，集中管理。桌面虚拟化使得桌面管理变得简单，不用每台终端单独进行维护，每台终端进行更新。终端数据可以集中存储在中心机房里，安全性相对传统桌面应用要高很多。桌面虚拟化可以使得一个人拥有多个桌面环境，也可以把一个桌面环境供多人使用，节省了license。另外，桌面虚拟化依托于服务器虚拟化。没有服务器虚拟化，这个桌面虚拟化的优势将完全没有了。不仅如此，还浪费了许多管理资本。

5. 硬件虚拟化

       英特尔虚拟化技术(IVT，Intel Virtualization Technology)是由英特尔开发的一种虚拟化技术，利用IVT可以对在系统上的客操作系统，通过虚拟机查看器(VMM，Virtual Machine Monitor)来虚拟一套硬件设备，以供客操作系统使用。这些技术以往在VMware与Virtual PC上都通过软件实现，而通过IVT的硬件支持可以加速此类软件的进行。

       AMD虚拟化(AMD Virtualization)，缩写为“AMD-V”，是AMD为64位的x86架构提供的虚拟化扩展的名称，但有时仍然会用“Pacifica”(AMD开发这项扩展时的内部项目代码)来指代它。

三、现在流行的有哪些虚拟化技术?

       虚拟化技术指的是软件层面的实现虚拟化的技术，整体上分为开源虚拟化和商业虚拟化两大阵营。典型的代表有：Xen，KVM，VMware，Hyper-V、Docker容器等。

       Xen和KVM，是开源免费的虚拟化软件;VMware是付费的虚拟化软件;Hyper-V微软的收费虚拟化技术;Docker是一种容器技术，属于一种轻量级虚拟化技术。

       每款软件产品有其优缺点以及应用场景，需要根据业务场景选择，下面主要简单介绍一下KVM和Xen。

1. KVM(Kernel-based Virtual Machine)基于内核的虚拟

       KVM是集成到Linux内核的Hypervisor，是X86架构且硬件支持虚拟化技术(Intel VT或AMD-V)的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个很小的模块，利用Linux做大量的事，如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。

2. Xen

       Xen是第一类运行在裸机上的虚拟化管理程序(Hypervisor)。它支持全虚拟化和准虚拟化，Xen支持hypervisor和虚拟机互相通讯，而且提供在所有Linux版本上的免费产品，包括Red Hat Enterprise Linux和SUSE Linux Enterprise Server。

Xen最重要的优势在于准虚拟化，此外未经修改的操作系统也可以直接在Xen上运行(如Windows)，能让虚拟机有效运行而不需要仿真，因此虚拟机能感知到Hypervisor，而不需要模拟虚拟硬件，从而能实现高性能。

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