虚拟计算机技术研究报告东软

1、虚拟计算机技术目录一、引言2二、虚拟机技术31、虚拟硬件模式32、虚拟操作系统模式43、半虚拟化模式5三、结束语5一、引言随着计算机技术和硬件的发展，企业为了共享硬件资源和节约生产管理成本，虚拟化技术掀起了发展。所谓虚拟机就是虚拟计算机，简称“虚拟机”。虚拟机通过虚拟化技术，在一个硬件上虚拟出若干个虚拟的计算机硬件，可以同时运行多个操作系统，而相互独立互不影响。有如各个操作系统都在独享硬件资源。从而实现集中并共享资源，降低资源和管理成本。目前流行的虚拟机有 VMware、MS VPC 和 Swsoft。Swsoft 专注于 Linux 领域。MS VPC 专注于 windows 领域，而 VM

2、ware 在两个领域均有产品，且名声显赫。VMware 公司的虚拟机服务器产品是 VMware Server，VMware Server ESX 是高阶产品，VMware GSX Server 是中阶产品；可以看作是拥有超级动力的虚拟机群，即同时运行很多个操作系统，而且，服务器产品提供了更高的性能，更接近底层的宿主操作系统特性（几乎做到无差别），能支持多 CPU 系统。VMware Server具有易于管理客户操作系统的特性，例如 Web 管理工具和虚拟监视器等。VMware Worksion 是 VMware 的普通产品。从理论上讲，一台物理计算机能做什么，它模拟出的虚拟机就可以做什么，它只

3、受硬件和想象力的限制。 VMware公司的虚拟机服务器产品和 VMware Worksion 兼容，即可以打开 Worksion建立的虚拟机。MS VPC 是微软的虚拟机产品，是微软公司于 2003 年 2 月收购 Connectix 公司的 Virtual PC 后推出的产品。Virtual PC 最初专为 Macosh 用户开发的，功能不断改进后，开始为 windows 用户开发产品并取得巨大的成功，直到被微软收购。Parallels 公司是 SWsoft 于 2008 年 1 月收购 Parallels 后公司改名而成。以前 SWsoft 没有针对 Windows 服务器运行的产品，而如

4、今，Parallels 的虚拟产品包括桌面虚拟化和服务器虚拟化两大块，更是囊括了 Mac、Windows 和Linux 等多种。二、虚拟机技术1、虚拟硬件模式虚拟硬件模式是最传统的虚拟计算机模式。最早的虚拟硬件模式是源自IBM大型机的逻辑分区技术。这种技术的主要特点是，每一个虚拟机都是一台真正机器的完整拷贝，一个功能强大的主机可以被分割成许多虚拟机。目前，这一虚拟模式被业界广泛借鉴，包括 HP vPAR、VMware ESX Server和 Xen在内的虚拟技术都是这样的工作原理。虚拟硬件模型将计算机、和网络硬件间建立了一个抽象的虚拟化平台，使得所有的硬件被到一个虚拟化层中。这样，在这个的顶部

5、创建的虚拟机具有同样的硬件结构，提供了更好的可迁移性。在这种模型中，每个用户都可以在他们的虚拟机上运行程序、数据，甚至虚拟机也不会影响系统本身和其他的系统用户。所以，虚拟机模型不仅允许资源共享，而且实现了系统资源的保护。目前，此类虚拟机的典型产品有 Vmware的 Worksion、GSX Server、ESXServer和的 Virtual PC、Virtual Server以及 ParallelsWorksion等。以上的几种虚拟机都具有同样的特点：虚拟了el x86，可以同时运行多个操作系统和应用程序。通过使用虚拟化层，提供了硬件级的虚拟，即虚拟机为运行于虚拟机的操作系统映像提供了一整套

6、虚拟的el x86兼容硬件。这套虚拟硬件虚拟了真正服务器所拥有的全部设备：主板、CPU、内存、SCSI和 IDE磁盘设备、各种接口、显示和其他输入输出设备。并且，每个虚拟机都可以被独立的封装到一个文件中，可以实现虚拟机的灵活迁移。虚拟硬件虚拟技术有两个显著特点。第一，无论哪款产品，都可以直接用系统处理器执行 CPU指令，根本涉及不到虚拟层。第二，实现真正的分区，每个分区只能占用一定的系统资源，包括磁盘 I/O和网络带宽，并提高了系统的整体安全性。另外，高端的虚拟服务器产品可以直接在硬件上运行虚拟机，而不需要宿主操作系统。并且，通过相关的管理，可以对每个虚拟机消耗的物理资源（网络带宽、磁盘 I/

7、O等）进行精确的控制。2、虚拟操作系统模式虚拟操作系统模型是基于虚拟机运行的主机操作系统创建了一个虚拟层，用来虚拟机主机的操作系统。在这个虚拟层之上，可以创建多个相互的虚拟专用服务器（ Virtual Private Server, VPS）。这些 VPS可以最大化的效率共享硬件、证以及管理资源。对其用户和应用程序来讲，每一个 VPS的运行和管理都与一立主机完全相同，因为每一个 VPS均可独立进行重启并拥有自己的 root权限、用户、 IP地址、内存、过程、文件、应用程序、系统函数库以及配置文件。对于运行着多个应用程序和拥有实际数据的产品服务器来说，虚拟操作系统的虚拟机可以降低成本消耗和提高系

8、统效率。虚拟操作系统模式虚拟化解决方案同样能够满足一系列的需求：安全、计算机资源的灵活性和控制、硬件抽象操作及最终高效、强大的管理功能。每一个 VPS 中的应用服务都是安全的，且不受同一物理服务器上的其他 VPS的影响。通过的文件系统，使得文件浏览对所有 VPS 用户来说就如常规服务器一样，但却无法被该服务器上的其他 VPS 用户看到。能够实时分配、计算并控制资源级别，完成对 CPU、内存、网络输入/输出、磁盘空间以及其他网络资源的灵活管理。经过抽象的 VPS具有相同的虚拟硬件结构，并可以在任意连网的服务器之间透明迁移，而不产生任何宕机时间。操作系统虚拟化技术解决了在单个物理服务器上部署多个生

9、产应用服务和服务器时所的。在应用服务部署完成之后，它们被集中一种操作系统以便于管理和。操作系统虚拟化是针对生产应用和服务器的完美虚拟化解决方案，共享的操作系统提供了更为有效的服务器资源并且大大降低了处理损耗。通过操作系统虚拟化，上百个 VPS可以在单个的物理服务器上正常运行。但同时，这种集中一操作系统的特性也注定了该类虚拟机只能在同一台物理服务器上运行同一种虚拟的操作系统。也许，你将拥有一台同时运行100个 windows或 linux虚拟机的高性能服务器，但你不要想在这一服务器上同时运行虚拟的 windows和 linux系统。目前，swsoft的 virtuozzo是这一领域的成熟产品。3

10、、半虚拟化模式Xen 是在大学作为一个研究项目被开发出来的，它已经在开源社区中得到了极大的推动。Xen 是一款半虚拟化VMM（虚拟机监视器，Virtual MachineMonitor），这表示，为了调用系统管理程序，要有选择地修改操作系统，然而却不需要修改操作系统上运行的应用程序。虽然 VMware 等其他虚拟化系统实现了完全的虚拟化（它们不必修改使用中的操作系统），但它们仍需要进行实时的机器代码翻译，这会影响性能。由于 Xen 需要修改操作系统，所以你不能直接让当前的 Linux 内核在 Xen 系统管理程序中运行，除非它已经移植到了 Xen 架构。不过，如果当前系统可以使用新的已经移植到

11、Xen 架构的 Linux 内核，那么你就可以不加修改地运行现有的系统。对 CPU 指令集不提供硬件支持的情况，Xen 只能采取半虚拟化的方案，通过修改 Guest OS 的内核对有缺陷的指令进行替换。在这种模式下，Xen 位于操作系统和硬件之间，为其上运行的 Guest OS 内核提供虚拟化的硬件环境，因而 Xen具有最高级，而 Guest OS 被迫迁移到相对低的级中，称为解除（Privilege Deprivileging）。x86架构中，CPU提供了4个级（0环到3环）以及分段和分页的内存保护机制，但目前多数操作系统中均只使用到了0环和3环两个级，对应 地存在两种解除方式：0/1/3模

12、型（操作系统运行在1环、VMM运行在0环、应用程序运行在3环）和0/3模型（操作系统和应用程序运行在3 环，VMM运行在0环）。无论采用哪种模型，Xen都将替代原操作系统内核占据最高的级，因而在Xen下运行的Guest OS内核将无法执行某些指令，并将产生一般保护性错误，Xen必须通过超级调用向Guest OS提供执行这些指令执行的接口。三、结束语近几年以来，随着 IT 虚拟化的大潮一浪又一浪的袭来，作为比较成虚拟技术，虚拟计算机技术日益受到各大 IT 公司和众多用户的关注。在虚拟机这片战场上除了老牌劲旅 VMware 和，诸如 Xen、Parallels 等诸多新兴的虚拟机产品和技术也是不断的涌现出来。不仅如此，如果说诸如 Microsoft、Redhat、Apple、Sun 等操作系统厂商的加入，带来了虚拟机操作系统整合的又一波潮流，那么el 和 AMD 的加入，更是