vmware、xen與microsoft虛擬化技術(shù)解析

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vmware、xen與microsoft虛擬化技術(shù)解析_第頁(yè)
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1、VMware、Xen與Microsoft虛擬化技術(shù)解析從體系結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),X86平臺(tái)本身并不是為支持多操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行而設(shè)計(jì)的,這也就意味著虛擬化廠(chǎng)商被迫去克服硬件和軟件兩方面的限制,來(lái)分配和管理處理器、內(nèi)存以及I/O資源。VMware已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域占據(jù)了優(yōu)勢(shì),并不僅僅因?yàn)樗堑谝粋€(gè)在此領(lǐng)域提供虛擬化的廠(chǎng)商,而且因?yàn)樗軌蚩朔@些硬件問(wèn)題,提供了一個(gè)可以使用的管理環(huán)境來(lái)處理大型虛擬化所固有的一些問(wèn)題?! ∧壳?,新一代AMD和Intel處理器中的虛擬化功能正在為有效的、基于hypervisor管理程序的x86系統(tǒng)虛擬化鋪平道路,隨之

2、重點(diǎn)也轉(zhuǎn)向了如何使得處理器更加可靠。盡管我們看到VMware、Microsoft以及開(kāi)源Xen是基于不同的hypervisor方法,但在這些hypervisor技術(shù)之間選擇的重要性,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如應(yīng)對(duì)大型虛擬化所提出的管理挑戰(zhàn)更為關(guān)鍵。最終,真正的市場(chǎng)贏家必然是那些可以為把我們的物理環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦喈a(chǎn)的虛擬環(huán)境而提供很好功能的廠(chǎng)商。但是,為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),首先代價(jià)都需要來(lái)自處理器廠(chǎng)商的幫助。  老問(wèn)題,新解決  在目前我們所看到的兩種主要服務(wù)器虛擬化選擇中,基于hypervisor的服務(wù)器虛擬化比操作系統(tǒng)分區(qū)的方法提出了更多的問(wèn)題。使用操

3、作系統(tǒng)分區(qū)的方法,主機(jī)操作系統(tǒng)提供了對(duì)所有資源的訪(fǎng)問(wèn),消除了hypervisor中固有的很多問(wèn)題,但用戶(hù)只限于主機(jī)操作系統(tǒng);基于Hypervisor的虛擬化提供了裸機(jī)支持多操作系統(tǒng)的靈活性,但引出了很多的技術(shù)挑戰(zhàn),需要大量的軟件來(lái)處理與分配CPU、內(nèi)存以及I/O資源有關(guān)的工作?! ⌒疫\(yùn)的是,AMD和Intel已經(jīng)針對(duì)這些棘手的問(wèn)題拿出了新的硬件應(yīng)對(duì)解決方案?! ≡诒Wo(hù)模式下,x86處理器一共有4個(gè)不同優(yōu)先級(jí),術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為Ring,從Ring0~Ring3。Ring0的優(yōu)先級(jí)最高,Ring3最低。一般情況下,Ring0是被用于運(yùn)行操作

4、系統(tǒng)內(nèi)核,Ring1和Ring2是用于操作系統(tǒng)服務(wù),Ring3則是用于應(yīng)用程序?! ∫簿褪钦f(shuō),在一個(gè)常規(guī)的x86操作環(huán)境中,操作系統(tǒng)是運(yùn)行在受保護(hù)的ring0。在沒(méi)有處理器輔助的虛擬化情況下,取而代之的是必須要ring0來(lái)運(yùn)行VMM(VirtualMachineMonitor,虛擬機(jī)監(jiān)視器)或hypervisor,來(lái)為VM以及它們的VOS(VirtualOS,虛擬操作系統(tǒng))管理硬件資源。那么,CPU虛擬化的挑戰(zhàn)就是要尋找一種方法使得操作系統(tǒng)正常運(yùn)行在ring0之外的一個(gè)地方?! 榱私鉀Q這個(gè)問(wèn)題,芯片輔助(chip-assist

5、ed)的虛擬化能夠讓一個(gè)新的、有超級(jí)特權(quán)的和受保護(hù)的ring1來(lái)運(yùn)行VMM。這個(gè)新的位置使得VOS能夠平靜地共存于ring0,通信自動(dòng)改變到ring1,而這些VOS并不知道它們與同一系統(tǒng)中的其他操作系統(tǒng)共享物理資源。  這項(xiàng)主要的進(jìn)步消除了操作系統(tǒng)的ring轉(zhuǎn)換問(wèn)題,也減少了虛擬化的費(fèi)用,它可以為各種操作系統(tǒng)的虛擬化提供支持,而且并不需要對(duì)內(nèi)核或運(yùn)行時(shí)間做任何改變。盡管AMD和Intel選擇了略微不同的方法來(lái)達(dá)到這個(gè)目標(biāo),不過(guò)令我們高興的是,即使兩公司的技術(shù)不能完全互換,我們也不擔(dān)心,因?yàn)楹芏嗵摂M化提供商已經(jīng)致力于這兩種技術(shù)積極

6、展開(kāi)工作。  Intel公司首先出手的是其VT-x,它創(chuàng)建了ring1并提供了一套新指令來(lái)建立、管理和退出VM,就如同操作內(nèi)存管理一樣。VT-x與AMD-V(以前被稱(chēng)為Pacifica)芯片輔助技術(shù)有很多相似之處。在具有芯片輔助的處理器中,hypervisor駐留在ring1,并創(chuàng)建一個(gè)VM控制結(jié)構(gòu)來(lái)支持新的VM。這提供了一種機(jī)制,可以根據(jù)需要來(lái)創(chuàng)建、重新分配以及撤銷(xiāo)VM,其作用就如同是在VMM和大量VM之間場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的控制架構(gòu)?! 『芏嗵摂M機(jī)和它們的操作系統(tǒng)堆棧可以和平共處在ring0中;而每一個(gè)芯片上都類(lèi)似地會(huì)有這些虛擬機(jī)VM

7、的控制器——Intel稱(chēng)之為VMX,而AMD則稱(chēng)之為SVM(secureVM)。更重要的是,允許虛擬的操作系統(tǒng)駐留在ring0還消除了ring轉(zhuǎn)換的挑戰(zhàn)。因?yàn)榇罅康闹噶钍菍?duì)位置敏感的,只被設(shè)計(jì)為在rings0和3之間轉(zhuǎn)換,如果VOS位于ring0以外的其他地方,關(guān)鍵程序就可能出現(xiàn)不可預(yù)知的錯(cuò)誤?! ‖F(xiàn)在,VM安全地位于ring0,為截取和校正VOS所引發(fā)的問(wèn)題而必需的軟件機(jī)制運(yùn)行在錯(cuò)誤的ring也無(wú)所謂了。當(dāng)在虛擬的VM上出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候,處理器有能力轉(zhuǎn)換控制器到受保護(hù)的VMM,它可以解決問(wèn)題并把控制器返回給VM或者在不中斷系統(tǒng)中

8、其他VM的情況下終止該問(wèn)題?! 〔贿^(guò)在這里也看到了AMD和Intel的技術(shù)分叉點(diǎn),因?yàn)镮ntel處理器使用外部?jī)?nèi)存控制器,新的VT-x處理器修改并不只提供虛擬內(nèi)存管理功能,這也就意味著仍然需要軟件來(lái)處理物理和虛擬內(nèi)存資源之間的地址轉(zhuǎn)化。這并不是最理想的解決方案,

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