谈谈虚拟化技术深度解密（上）

作者：佚名 2017-11-29 14:42:28

云计算

虚拟化 全虚拟化(Full Virtualization)也称为原始虚拟化技术，该模型使用虚拟机协调Guest操作系统和原始硬件，VMM在Guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调，一些受保护指令必须由Hypervisor（虚拟机管理程序）来捕获处理。 全虚拟化的运行速度要快于硬件模拟，但是性能方面不如裸机，因为Hypervisor需要占用一些资源。

 发展历史

早在计算机还是庞然大物的上世纪60年代，虚拟化技术已经开始悄悄发展了。

• 1964年 IBM M44/44X被认为是世界上***个支持虚拟化的系统，其技术方式是：像分时系统一样，在每个时间片，一个IBM 7044大型机独占所有硬件资源来运行，并且提出了分页的概念，由于其依赖硬件来实现虚拟化，史称硬件虚拟化。
• 1974年，论文Formal requirements for virtualizable third generation architectures提出了虚拟化系统结构的三个基本条件[1]。
• 1972年著名的天才法国程序员Fabrice Bellard出生。
• 1979年的 Unix 第7版引入了 chroot 机制，chroot 就是让一个进程把指定的目录作为根目录，它的所有文件系统操作都只能在这个指定目录里进行。
• 1990年 Xen hypervisor 的Xenoserver初始代码工程由 Keir Fraser 和 Ian Pratt 创建。
• 1998年，很著名的 X86 模拟器 Bochs 出现了，其正式版本的推出时间为1998年11月。
• 1999年，Vmware 公司率先推出针对 X86 平台的商用虚拟机 Vmaware workstation。
• 2001年，目前***的采用动态二进制翻译技术的虚拟化软件 Qemu（Quick EMUlator） 发布***个版本，其作者是Fabrice Bellard。
• 2003年，剑桥大学发布了*** Public 的 Xen 版本，通过半虚拟化技术实现了对包括 x86-64 平台多个平台的虚拟化支持。
• 同年，Intel 公布了将在 x86 平台的 CPU 上支持虚拟化技术 VT。
• 2007年1月，Sun 公司发布了开源虚拟化 VirtualBox 。
• 2007年2月，Linux Kernel 主线版本2.6.20合入了由以色列公司 Qumranet开发的 KVM（Kernel-based Virtual Machine ），支持KVM的前提是 CPU 必须要支持硬件虚拟化。
• 2008年***季度，微软连同 Windows Server 2008 同时发布了虚拟化产品 Hyper-V。
• 2008年6月， Linux Container  发布了0.1.0版本，其可以提供轻量级的虚拟化，用来隔离进程和资源。
• 2008年9月4，Red Hat 收购了色列公司 Qumranet，并着手开始用 KVM 替换在 Red Hat 中的使用的 Xen [Xen开始在主流Linux 发行厂商中衰落]。
• 2010年10月21日，NASA 发布了可以提供基础设施即服(IaaS)服务的云平台 OpenStack ，并提供了***个版本。
• 2011年1月11日，Ubuntu的创始人 Mark shuttleworth 宣布，Ubuntu 将采用 Openstack 作为基础的云平台，在之前的版本 Ubuntu 采用的是 Eucalyptus。
• 2013年3月15，在加利福尼亚州圣克拉拉召开的 Python 开发者大会上，DotCloud 的创始人兼***执行官 Solomon Hvkes 在一场仅五分钟的微型演讲中，***提出了 Docker 这一概念，并于会后将源码进行了开源，托管在了Github上。
• 2014年6月，Docker发布了***个正式版本1.0，彼时，Docker的下载量已经超过 275万次 ，1年之内 Redhat 和 AWS 就宣布为 Docker 提供官方支持。
• 2015年国外国内涌现各种从事云的公司，并提供了各种云服务，诸如Laas，Paas，Saas等。

从上述时间线，我们的发现，各种如春笋般的新技术的出现，必将有旧技术的没落，技术的革新比我们想象的要快太多。

基础概念

什么是虚拟化？

这里简单归纳一下我的理解：

1. 虚拟化是资源的一种逻辑表示，并不会受限于物理资源。

2. 运行的环境不在真实的硬件上，而是硬件之上的虚拟内存中的一段，或者说是虚拟的环境中。

3. 虚拟化为数据、计算能力、存储资源等提供了一个逻辑视图，而不是物理视图。

4. 虚拟化的发展，大幅降低了IT硬件成本，减少了资源的浪费，并且提升了系统的稳定性和安全性。

全虚拟化

全虚拟化(Full Virtualization)也称为原始虚拟化技术，该模型使用虚拟机协调Guest操作系统和原始硬件，VMM在Guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调，一些受保护指令必须由Hypervisor（虚拟机管理程序）来捕获处理。 全虚拟化的运行速度要快于硬件模拟，但是性能方面不如裸机，因为Hypervisor需要占用一些资源。

半虚拟化

半虚拟化(Para Virtualization)是另一种类似于全虚拟化的技术，它使用Hypervisor分享存取底层的硬件，但是它的Guest操作系统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。 半虚拟化需要Guest操作系统做一些修改，使Guest操作系统意识到自己是处于虚拟化环境的，但是半虚拟化提供了与原操作系统相近的性能。

虚拟化技术的关键特性

同质 – Equivalence

即VM的运行环境和物理机的环境在本质上是相同的，表现上允许有一些差异。如CPU的桥片必须一致，CPU core的个数以及内存可以不同，不必使用同类型的网络适配器驱动等等。

高效 – Efficiency

即VM的性能必须接近物理机。因此，常见的虚拟系统模拟器（Boches，simics等）就不能成为VM。为达此目的，软件在虚拟系统上运行时，大多数指令要直接运行在硬件上执行，只有少量指令需要VMM的模拟或翻译处理。

资源受控 – Resource control

即VMM(Virtual Machine Monitor)对物理机的所有资源有绝对的控制力。虚拟机不允许直接执行敏感指令。