各大服務(wù)器廠商虛擬化技術(shù)剖析

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各大服務(wù)器廠商虛擬化技術(shù)剖析1

虛擬化可謂最近超的火熱的詞語，Intel新CPU無論是雙核心安騰還是基于CORE平臺的全系列產(chǎn)品，都把虛擬化掛在嘴邊，許多人只知其名，不知其作用。在本文中，將帶您詳細了解服務(wù)器虛擬化這一詞語的詳細定義。

什么是虛擬化？

虛擬化技術(shù)可以分為兩類，一種是把一個物理的服務(wù)器虛擬成若干個獨立的邏輯服務(wù)器，使用戶可以在這些看似獨立的虛擬服務(wù)器上運行不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用，這個方向典型代表就是分區(qū)； 另一個種就是把若干個分散的物理服務(wù)器虛擬為一個大的邏輯服務(wù)器，使用戶可以像使用同一臺服務(wù)器的資源一樣支配這些物理上獨立的服務(wù)器，從而達到最大化利用資源的目的，這個方向的典型應(yīng)用就是網(wǎng)格。

虛擬化的概念

在目前因為技術(shù)和市場方面的原因，網(wǎng)格仍然停留在試驗階段，因此虛擬技術(shù)主要還是在分區(qū)這一領(lǐng)域發(fā)揮作用，無論是硬件開發(fā)上INTEL AMD，還是 VMWARE Microsoft等軟件廠商，都在積極開發(fā)推廣虛擬服務(wù)器分區(qū)這一領(lǐng)域?，F(xiàn)在我們所說的服務(wù)器虛擬，一般情況下默認指的是把單個服務(wù)器資源分配到多個虛擬機，將不同的應(yīng)用、甚至不同的操作系統(tǒng)（OS）在同一企業(yè)級服務(wù)器上同時運行。每個虛擬機就像一臺獨立的服務(wù)器，但實際上在同一虛擬服務(wù)器內(nèi)運行。

虛擬化的起源、發(fā)展

早在大型機時代，IBM的VM/370就采用虛擬化技術(shù)來劃分其硬件資源，提供給多用戶使用。曾幾何時，處理器層面的虛擬技術(shù)似乎是 RISC處理器的“專利”，但是隨著AMD和Intel的積極參與，第一次將虛擬化技術(shù)推向了x86架構(gòu)的處理器層面，在操作系統(tǒng)層面的虛擬化技術(shù)得到處理器的配合和支持后，將會使更多用戶真正享受到虛擬化技術(shù)帶來的服務(wù)器資源利用率的提升。

虛擬化有兩種實施方式：傳統(tǒng)的純軟件虛擬化方式和新的硬件輔助虛擬化方式。

在保護模式下，x86處理器一共有4個不同優(yōu)先級，術(shù)語稱為Ring，從Ring 0～Ring3.Ring 0的優(yōu)先級最高，Ring 3最低。Ring 0用于操作系統(tǒng)內(nèi)核， Ring 1和Ring 2用于操作系統(tǒng)服務(wù)，Ring 3用于應(yīng)用程序。

位于Ring 0特權(quán)空間的操作系統(tǒng)可以優(yōu)先訪問各種硬件資源。傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)是在Ring 0中運行一個稱為虛擬機監(jiān)視器（VMM）的軟件中間層，以負責控制和排列各個分區(qū)訪問硬件資源的優(yōu)先順序。它要求在軟件堆棧的較高層運行操作系統(tǒng)——通常是在Ring 1或者與系統(tǒng)應(yīng)用共用Ring 3。

由于操作系統(tǒng)缺省工作在Ring 0 特權(quán)級別，而現(xiàn)在Ring 0被虛擬機監(jiān)視器所擁有，所以傳統(tǒng)的純軟件虛擬化技術(shù)需要虛擬機監(jiān)視器通過復雜的軟件編程來解決這個矛盾。其中一種方法是通過打補丁修改操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼讓其認知到工作在Guest OS（客人操作系統(tǒng)）虛擬操作系統(tǒng)模式下。另一種方法是需要對運行期間操作系統(tǒng)的某些硬件調(diào)用指令作二進制碼翻譯等。由于上述原因，傳統(tǒng)的純軟件實現(xiàn)方式在測試、驗證和維護每款新操作系統(tǒng)和相關(guān)補丁方面，付出了大量的時間和資金， 同時二進制碼翻譯需要消耗處理器的很多計算資源。純軟件虛擬化運行時的開銷會造成系統(tǒng)運行速度較慢，有數(shù)據(jù)表明其引起的系統(tǒng)性能下降可能達5%～20%。

英特爾的硬件輔助虛擬化技術(shù)（Vanderpool Technology，VT技術(shù)）

英特爾虛擬化技術(shù)是一種設(shè)計更簡單、實施更高效和可靠的方法，是世界上首個x86平臺的硬件輔助虛擬化解決方案。它對如何在不同的情形下分配給Guest OS想要的Ring特權(quán)級別作了很好的改進。x86因而可以為核心虛擬化處理提供芯片層支持，并可以在軟件堆棧中為虛擬機監(jiān)視器提供專用的空間。VT不需要復雜的軟件工作環(huán)境。通過充分利用這些嵌入式硬件能力，獨立軟件廠商（ISV）可以減少其軟件測試、驗證和維護的要求，同時降低最終附加到用戶身上的成本。

英特爾從去年的IDF開始，便在其處理器產(chǎn)品線中推廣應(yīng)用虛擬化技術(shù)，英特爾將其稱為“VT”。包括Pentium D 900系列（925除外），基于Paxville的Xeon DP/MP，以及單核心的Pentium 4 662和672等。同時英特爾還計劃在絕大多數(shù)的下一代處理器芯片，包括“Merom”移動處理器，“Conroe”桌面處理器和“Woodcrest”服務(wù)器處理器，以及新版本的Itanium 2中，集成這項新技術(shù)。虛擬技術(shù)已經(jīng)在英特爾的芯片產(chǎn)品中無所不在。

英特爾虛擬化技術(shù)的主要特性和優(yōu)勢為：

專為虛擬機監(jiān)視器提供的全新特權(quán)空間，可支持未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)和應(yīng)用在專門為它們設(shè)計的環(huán)境中運行，從而簡化硬件調(diào)用。 通過硬件底層指令集來支持虛擬機監(jiān)視器與已安裝Guest OS之間的切換，使得虛擬化技術(shù)更加簡單、高效、可靠。 虛擬機監(jiān)視器（VMM）和已安裝的Guest OS處理器狀態(tài)信息保留在專用內(nèi)存地址空間中，這樣可以縮短各個操作系統(tǒng)訪問硬件之間的間隔時間， 同時提高了各個虛擬機上操作系統(tǒng)之間的安全隔離性。