云计算之虚拟化技术概述

一、什么是虚拟化

• 虚拟化是云计算的基础。简单来说，虚拟化就是在一台服务器上，运行多台“虚拟服务器”。虚拟机共享物理服务器的CPU、内存、硬件、网卡等资源。

物理机，称为“宿主机（HOST）”。虚拟机，称为“客户机（Guest）”

二、虚拟化结构

1.寄居虚拟化

寄居虚拟化架构指在宿主机操作系统上安装和运行虚拟化程序，依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理。虚拟化管理软件为底层操作系统（windows或Linux等）上一个普通应用程序，然后通过其创建相应的虚拟机，共享底层服务器资源。

也可以理解为宿主机操作系统之上安装和运行虚拟化程序，依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理。

优点：方便使用、没有OS的限制

缺点：资源消耗太大，虚拟化层、host-os、guest-os都需要消耗资源

寄居虚拟化的典型应用是 VMMworkstation

2.裸金属虚拟化

裸金属虚拟化架构直接在硬件上安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应用，依赖虚拟化层内核和服务器控制台进行管理。

Hypervisor是指直接运行于物理硬件之上的虚拟机监控程序，实现两个基本功能：

①识别、捕获和响应虚拟机所发出的CPU特权指令或保护指令

②负责虚拟机队列调度、并将物理硬件的处理结果返回给响应的虚拟机

3.操作系统虚拟化

操作系统虚拟化架构在操作系统层面增加虚拟服务器功能。操作系统虚拟架构把单个操作系统分为多个容器，并且让这些服务器彼此独立。

操作系统虚拟化没有独立的hypervisor层。

4.混合虚拟化

将一个内核级驱动器插入到宿主操作系统系统内核。这个驱动器作为虚拟硬件管理器来协调虚拟机和宿主机操作系统之间的硬件访问。

混合虚拟化需要底层硬件支持虚拟化扩展功能。

三、虚拟化类型

1.全虚拟化

完全虚拟化能够通过创建出的全新虚拟系统来使底层物理系统实现全部抽象化，完全虚拟化的计算效率要比硬件模拟高，但由于 Hypervisor的使用，在性能上要逊色于纯虚拟机。完全虚拟的最大优势在于不需要对其操作系统进行任何改动。

2.半虚拟化

与全虚拟化不同的是，半虚拟化要求客户端 OS在虚拟机上运行，以全虚拟化为基础，新添一个能够优化客户端0S指令的API系统 ，极大地减轻了Hypervisor的工作量，快速实现底层硬件的访问。

3.硬件辅助虚拟化

借助硬件（主要是CPU）的支持来实现高效的全虚拟化。该方式不需要修改guest OS，兼容性好。该技术将逐渐消除软件虚拟化技术之间的差别。

XEN架构支持全虚拟化和半虚拟化：

采用半虚拟化技术的虚拟机操作系统能够识别到自己是在运行在xen的虚拟化层上而非直接运行在硬件上，也可以识别在相同机器上运行的其他虚拟机系统。采用半虚拟化时，需要修改Domain0和DomainU的操作系统内核

采用全虚拟化技术的客户机运行的是标准版的操作系统，不会修改操作系统，但是会在Domain0种增加一个特殊的程序：qemu-DM，来帮助客户寄获取网络和磁盘的访问操作。

客户机也需要加入特殊的软件Xen virtual firmware