三种主要的虚拟化架构类型

1、目前市场上各种 x86 管理程序(hypervisor)的架构差异，三个最主要的架构类别包括：?I 型：虚拟机直接运行在系统硬件上，创建硬件全仿真实例，被称为裸机”。?II 型：虚拟机运行在传统操作系统上，同样创建的是硬件全仿真实例，被称为托管hypervisor。?容器：虚拟机运行在传统操作系统上，创建一个独立的虚拟化实例，指向底层托管操作系统，被称为操作系统虚拟化图 1 三种主要的虚拟化架构类型上图显示了每种架构使用的高层因此成本和效益都会不一样。hypervisor 的基本元素也同样重要，它包括:?虚拟机监视器(VirtualMachineMonitor,VMM)：它创建、管理和删除虚拟

2、化硬件。?半虚才化(Paravirtualization):修改软件，让它知道它运行在虚拟环境中，对于一个给定的 hypervisor,这可能包括下面的一种或两种：-内核半虚拟化：修改操作系统内核，要求客户机操作系统/hypervisor 兼容性。I/O 驱动（网络、存储等），如 VmwareTools,MSIntegrationComponents。操作系统虚拟化：容器在容器模型中， 虚拟层是通过创建虚拟操作系统实例实现的， 它再指向根操作系统的关键系统文件， 如下图所示，这些指针驻留在操作系统容器受保护的内存中，提供低内存开销，因此虚拟化实例的密度很大，密度是容器架构相对于 I 型和 II

3、 型架构的关键优势之一，每个虚拟机都要求一个完整的客户机操作系统实例。图 2 容器型虚拟化架构除了上面的架构类别外，知道-驱动半虚拟化：修改客户机操作系统软件堆栈”，应当指出，在每种模型中，虚拟层是在不同层实现的,通过共享系统文件的优点，所有容器可能只基于根操作系统提供客户机，举一个简单的例子，一个基本的 WindowsServer2003 操作系统也可用于创建 WindowsServer2003 容器，同样，任何适用于根操作系统系统文件的补丁和更新，其子容器也会继承，提供了一个方便的维护方法。但这也可能会造成损害，根操作系统收到破坏，客户机也会跟着被破坏在容器内，用户可以使用特定应用程序，热

4、修复（但不是服务包）和操作系统服务组件自定义客户机实例，对那些在多数客户机容器中会使用到的服务或应用程序，它们所需要的功能应该安装到根操作系统中，在客户机实例中使用类似于模板的方法自动获得这些功能。在大多数情况下，容器的数量仅受宿主操作系统可用资源的限制，每个客户机可能被配置为根操作系统限制的最大硬件资源，这些可扩展的特性与客户机管理的易用性，使容器方法成为需要高虚拟机密度的应用程序很有实力的候选者，如虚拟桌面。ParallelsVirtuozzo 容器是当今业界领先的操作系统虚拟化产品，除了上述功能外，Virtuozzo 提供了高可用和跨物理主机迁移客户机的功能（假设根操作系统和补丁级别相同

5、），架构上，Virtuozzo 实现了一个专有的内核服务抽象层（KernalServiceAbstractLayer,KSAL）,保护宿主操作系统文件，在可写入文件系统上保存一份安全的副本，使单独修改客户机成为可能。与混合 hypervisor（本文后面会有介绍）中的父分区类似，第一个虚拟实例是一个简单的管理容器，它提供虚拟机监视功能。在 ParallelsVirtuozzo 容器的最新版本 4.5 中，包括在 Hyper-V 中嵌入 Virtuozzo 的支持，两者都在父分区中。图 3Hyper-V 中嵌入 Virtuozzo 容器IBMX-ArchitectureServer费保护内存中的

6、虚心指世指向塞主操作系统ntdU.m.ntknlIBMX-ArchitectureServer这种实现方式虽然复杂，但它展示了 Virtuozzo 架构的灵活性，提供高虚拟机密度，有关 ParallelsVirtuozzo 容器的更多信息，请参考其网站（http:/ 型 hypervisorII 型或托管型 hypervisor 通过一个软件层在现有操作系统上实现硬件虚拟化，与容器架构不一样，II型客户机提供了一个完整的、独立的、无依赖的客户机操作系统副本，通常利用半虚拟化驱动网络和 I/O提高客户机性能。但由于虚拟化功能必须通过宿主操作系统，客户机的性能大大低于裸机 hypervisor。此

7、外，还有一些高可用和企业管理功能。由于这些原因，II 型 hypervisor 最常用于开发/测试或桌面类应用程序。流行的 II 型 hypervisor 包括 VmwareWorkstation,SunVirtualBox 和 MicrosoftVirtualServerR2,它们的功能都差不多，因为它们都不能胜任企业级工作量，因为后面我也不打算继续介绍它们。I 型 hypervisorI 型或裸机 hypervisor 包括当今主流的企业级虚拟化产品， 该类 hypervisor 直接运行在系统硬件上， 提供了更好的客户机性能。通过处理器虚拟化扩展增强，包括英特尔 VT 和 AMD-V 技

8、术，I 型 hypervisor甚至可以超越裸机操作系统性能。使用这一类 hypervisor,有几个子类型有必要详细介绍：?独立型：VMwarevSphere?混合型：MicrosoftHyper-V,CitrixXenServer 和 SunxVM?KVM:LinuxKVMI 型独立型：VMwarevSphere在一个独立型 hypervisor 中，所有硬件虚拟化和虚拟机监视器（VMM）功能由一个单一的，紧密集成的代码集提供，这种架构与 VmwarevSphere 和前几代 ESXhypervisor 的结构是相同的。下图是 VmwarevSphere4.0（也称为 ESX4）的架构概述

9、图，与一般看法相反，Vmware 不是基于 Linux 的 hypervisor,相反，ESX 是由一个高度复杂的操作系统 VMKernel 组成的，并取得了专利权，提供所有虚拟机监控和硬件虚拟化功能。ESX 完整版提供了一个基于 Linux 的服务控制台，但 ESXi 不包含此服务控制台。图 4VmwarevSphere4.0 架构通常这种模式被称为胖或瘦hypervisor,但这种说法并不准确，虽然 ESX 架构经过长期发展变得更加复杂了，但 Vmware 在 hypervisor 性能和功能方面一直保持领先的行业地位，最近实现了处理器虚拟化扩展进一步巩固了领导地位。I/O 驱动半虚拟化，

10、这些驱动通常包含在 VmwareTools 中。I 型混合型：CitrixXenServer,MicrosoftHyper-V 和 OracleVM混合 I 型架构包括一个软件模型，一个瘦hypervisor 联合一个父分区提供硬件虚拟化，它提供了虚拟机监视功能，这类模型主要包括微软的 Hyper-V 和基于 Xen 的 hypervisor,如 CitrixXenServer 和 OracleVM。图 5I 型混合型 hypervisorXen在NovellSUSELinuxEnterpriseServer(SLES)上执行的Dom0将作为一个完整的SLES实例执行， 提供虚寸机(VM)创建

11、、修改、删除和其它类似配置任务的管理层，系统启动时，开启 Xen 的内核载入父分区，以 VMM 权限运行，作为 VM 管理的接口，管理 I/O 堆栈。与 Vmware 类似，所有混合型产品都为客户机提供了半虚拟化驱动，从而提高网络和 I/O 性能，不实现半虚拟化驱动的客户机必须遍历父分区的 I/O 堆栈，因此客户机的性能会下降。操作系统半虚拟化技术正变得越来越流行，以达到最佳的客户机性能，并改进跨 hypervisor 的互操作性。例如，MicrosoftVmware 在客户机内需要网络和TraditionalOSTradiiioftalOSConsole3ndFerMGMTAPIType1H

12、ypervisorStand-AlonCVMwjreESK)/inudiMathineIBMX-ArchitectureServerSt-or&Qe&NeiworlcFFOTracitionalOSIBMXAFchHectareServerParent1iraaitonalOS.Traditional：OS.TraditionalOS二J、5A.Type1HypervjsorHybridfHyper-VrXnServc./iriui!Irol父分区也叫做 Dom0,它通常是一个运行在本地的完整操作系统虚拟机，并具有根权限，例如，开启Hyper-V/WindowsServer20

13、08R2 为 WindowsServer2008 和 SUSEEnterpriseLinux 客户机提供完整的操作系统半虚拟化支持。虽然操作系统半虚拟化是操作系统发展的一种趋势，但应当指出的是操作系统半虚拟化目前还不是混合模型的一个要求，部分供应商，如 VirtualIron（Sun/Oracle）,的目标是 SMB 级负载，使用全硬件虚拟化实现可接受的客户机性能。混合型架构起源于 Xen 项目，在性价比方面有很多供应商可供选择，这都得益于开源社区（Xen）的贡献，它能够很好地适应半虚拟化操作系统的未来发展。I 型组合型：基于 Linux 的内核虚拟机（KVM）基于 Linux 的内核虚拟机（

14、KVM）hypervisor 模型提供了一个独一无二的 I 型架构，它不是在裸机上执行hypervisor,KVM 利用开源 Linux（包括 RHEL,SUSE,Ubuntu 等）作为基础操作系统，提供一个集成到内核的模块（叫做 KVM）实现硬件虚拟化，KVM 模块在用户模式下执行（与独立型和混合型 hypervisor 不一样，它们都运行在内核/根模式下），但可以让虚拟机在内核级权限使用一个新的指令执行上下文，叫做客户机模式。图 6I 型组合型架构KVM 使用一个经过修改的开源 QEMU 硬件仿真包提供完整的硬件虚拟化，这意味着客户机操作系统不需要操作系统半虚拟化，与 Vmware 类似，LinuxKVM 充分利用 VirtIO 作为实现 IO 半虚拟化的框架，它利用内置在内核/QEMU 中的用户模式 VirtIO 驱动增强性能。KVM 现在已经成为很多 Linux 发行版的标准模块，包括但