9，虚拟化技术（上）

虚拟化技术层次分类
–硬分区
–Hypervisor层虚拟化
1. RISC
2. X86
–操作系统层虚拟化
1. RISC
2. X86
–应用层虚拟化
1. 应用交付
2. 流式应用

硬分区
–硬分区是个俗称，或者也可以叫物理分区，简而言之就是将拥有多块CPU板多块内存板多块IO板的一台大机器通过电气分割成多个小机器，每个小机器都可以安装自己的操作系统
–硬分区的代表作有HP的nPar和SUN的DSD
–优点：完整的电气隔绝，互不干扰
–缺点：太多，资源细粒度太大、无法共享资源、无法在线调整资源等等
–总结：硬分区个人甚至认为不应该算虚拟化，从技术角度讲过时了，实用价值太小，本文只是简单提下用来和Hypervisor那种逻辑分区做对比用

Hypervisor层虚拟化
定义
–IBM如何描述其POWER Hypervsior
POWER Hypervisor™ 技术作为系统固件的一部分与所有 IBM® System i® 型号、IBM System p® 服务器和某些 IBM BladeCenter® 刀片服务器集成在一起。
系统管理程序对系统虚拟化进行协调及管理，包括创建逻辑分区和在多个操作环境间移动资源。
–VMware如何描述其ESX Hypervisor
A bare-metal hypervisor system does not require an operating system. The hypervisor is the operating system.

通过两大企业级应用最广泛的Hypervisor描述可看出，实际上Hypervisor是处在硬件之上操作系统之下的一个层级，Hypervisor本质上是软件，
但通常被固化在硬件里面(其实也就是firmware)或打包(伪装)一个特殊操作系统来安装在主机上
在很多讲解虚拟化的概念里，也有一个VMM的东西，全称Virtual Machine Monitor，其实这个就是Hypervisor
所有底层的硬件资源被Hypervisor所管理，Hypervisor上层虚拟出来的多个虚拟机的计算和IO资源需要Hypervisor来分配协调，当然了在具体的实现上各家自有独门技术实现

分类
–RISC平台的Hypervisor及虚拟化技术
1. IBM Power Hypervisor及PowerVM
2. SUN Ldom (Oracle VM一部分)
3. HP vPar + Integrity VM
–X86平台的Hypervisor及虚拟化技术
1. VMware ESXi/ESX及vSphere4
2. XEN(Citrix XenServer/Oracle VM base XEN)
3. RedHat KVM
4. MicroSoft Hyper-V
5. Parallels等等…

IBM PowerVM简介
–PowerVM的核心就是Power Hypervisor
–PowerVM 是在基于 IBM POWER 处理器的硬件平台上提供的具有行业领先水平的虚拟化技术家族。
它是 IBM Power System 虚拟化技术全新和统一的品牌（逻辑分区，微分区，Hypervisor，虚拟 I/O 服务器，APV，PowerVM Lx86，Live Partition Mobility)。

SUN LDOM简介
–LDoms是Sun新的服务器虚拟化技术，可以基于服务器物理资源，如CPU、内存、I/O、和存储等资源，创建服务器分区，
该分区叫做virtual domain虚拟域，或称logical domain逻辑域，每个LDom可以运行一个单独的操作系统。
–由于SUN被Oracle收购，SUN所有虚拟化技术及Oracle自己的、收购其他的虚拟化技术现在通称Oracle VM

HP vPar + Integrity VM简介
–HP 提供两种产品来完成软件分区：vPar — 虚拟分区;Integrity VM — Integrity Virtual Machines。使用这两种中的任一种产品，可以在处理核心级别中对服务器分区。
Integrity VM 甚至允许亚核心级别分区。
–软件分区的重要特性包括：在处理核心级别(对于 vPar)或通过时间片(对于 Integrity VM)实现;提供功能隔离而不是电气隔离;如果使用虚拟分区产品实现，
分区称为vPar;如果使用 Integrity Virtual Machines 产品实现，
分区称为guest 虚拟机操作系统;可以使用软件分区对 npartition 进行进一步的细分;vPar 只支持 HP-UX 实例。

 

VMware ESXi/ESX简介及区别
–VMware ESX 和 VMware ESXi 是“裸机”管理程序，也就是说，它们直接安装在物理服务器之上，并将其划分成可同时运行的多个虚拟机，
这些虚拟机共享底层服务器的物理资源。每个虚拟机都代表着一个完整的系统，具有处理器、内存、网络连接、存储和 BIOS，
并且可运行未经修改的操作系统和应用程序。
–ESXi/ESX经常让人迷惑，二者实际区别是ESXi是vmkernel加一个类似BIOS的精简界面，
ESX则是vmkernel加了一个完整的定制RHEL OS，两者在虚拟化功能上差别几乎可忽略不计

ESXi/ESX和vSphere的关系
–VMware自推出vSphere4后搞出了一堆概念，让人提前感受了“云/晕”
–其实vSphere4是以ESX或ESXi为核心，打包了一系列高级虚拟化技术的产品，按这个概念也包括了VC，
因为VC才能配置这些高级功能，包括：Vmotion、StorageVmotion、HA、DRS等等
–对比IBM，vSphere4和ESXi/ESX的关系如同PowerVM和Power Hypervisor之间的关系
–vSphere和Power VM都是Solution名称

 
 

X86平台其他Hypervisor简介
–在X86市场上除了VMware一枝独秀外，还存在众多觊觎者，包括Citrix的XenServer，MicroSoft的Hyper-V，
以及同样基于XEN的Oracle VM(注)和Novell的SLES(其实是Novell企业Linux操作系统内置了Xen)，
而企业Linux领袖厂商RedHat早先和Novell一样走RHEL上集成Xen路线，后来不想受制于人，通过收购现在主推RHEV/KVM
–以上产品除了RedHat的RHEV/KVM没试用，其他全部简单测试过，事实证明他们离VMware差的还太远，
远不足大中型企业数据中心虚拟化应用，所以不做详谈

为什么OS厂商那么热心这块蛋糕？
明面上，虚拟化这块蛋糕在VMware推动下越做越大，2010年估计VMware年销售额22-25亿$，作为一个纯软件及服务公司，
这个数字是很强大的，而调查公司数据说明还只有不到20%的服务器被虚拟化，所以这个市场未来还会更大，那么微软、红帽觊觎这个市场也理所当然
–但个人认为还有一个更重要的原因就是：以VMware为代表的Hypervisor技术动了传统X86 OS厂商的奶酪；
在几十年的IT长河中，OS一直可以形容为航空母舰，而软件只能算上面的战斗机，Hypervisor普及到X86就意味着一切改变了，
变得Hypervisor是航母，OS反而是战斗机了
–虚拟化是云计算基础…

这种情况下，传统X86 OS厂商害怕了，事实上VMware自己也宣称传统OS不重要了，想想如果有一天很多应用软件直接跑在Hypervisor上，
那OS就尴尬了，于是乎MS/RedHat/Novell都出手了，且做法类似，都把虚拟化功能变成了操作系统上的一个功能，
推出了带有虚拟化功能的操作系统胖虚拟化产品，所以目前还没看到OS厂商推出一个类似ESXi的产品，并非做不到而是不愿做
–但这个问题在Unix OS上反倒不明显，因为Unix/小机上的Hypervisor技术本来都被三大厂商自己把持

X86 Hypervisor再细分
–全虚拟化
1. VMware ESXi/ESX
2. RedHat KVM
–半虚拟化(或称“准虚拟化”)
1. Citrix XEN
2. Oracle VM(Oracle VM一部分,详见备注解释)
–主机操作系统之上的Hypervisor
1. VMware Server/Workstation
2. Oracle/SUN VirtualBox (Oracle VM一部分)
3. Parallels Desktop 等等…

X86 Hypervisor全虚拟化概念
–在X86 Hypervisor全虚拟化环境里，Hypervisor充当一切硬件资源的管理者，并将其虚拟成各种设备提供给VM，
对于VM虚拟机来说，底层对它是透明的，VM本身也并不知道自己是VM，所有CPU/内存及I/O设备都是来自Hypervisor的虚拟。
这种产品的典型代表就是VMware了
–该技术核心理念在于虚拟机OS上的敏感和特权指令(这些指令不支持虚拟化)借助Hypervisor的翻译来访问硬件

全虚拟化图解

 

 X86 OS的设计含有4个Ring保护机制，OS内核运行在Ring0，应用运行在Ring3，而服务之类运行在Ring1/2上，全虚拟化架构中，Ring0是Hypervisor，
虚拟机OS内核在Ring1，全虚拟化中，虚拟机OS内核一些不支持虚拟化的指令可使用Ring0的Hypervisor翻译执行并访问硬件，
早期的技术难题就是X86 OS如果不放在Ring0就无法工作，所以VMware的Hypervisor通过翻译绕开了这一技术瓶颈，实现了全虚拟化

X86 Hypervisor半(准/超)虚拟化概念
–半虚拟化，Paravirtualization，又称准虚拟化或超虚拟化
–通俗的说半虚拟化相对于全虚拟化那种透明模式来说，可以修改VM虚拟机内核然后通过一些特权命令利用Hypervisor父分区直接(无须翻译)访问物理硬件资源，
仅从理论上看，似乎半虚拟化应该比全虚拟化更好，但实际产品优劣并非仅取决于这一点，半虚拟化的代表就是开源的Xen了，后来Citrix看到虚拟化火热后迅速收购了XenSource公司
–半虚拟化由于需要修改VM操作系统的内核，所以没法支持windows这样闭源OS，于是后来Xen也利用CPU虚拟化技术开始支持全虚拟化了

 

和前面的全虚拟化对比，半虚拟化中，对这些X86 OS的内核做了修改，让它可以支持虚拟化，可以运行在Ring0等级，再利用Hypervisor去直接访问硬件，
仅从这一方面来说，理论上比VMware 的全虚拟化更有效率；但这种情况下有一个很大的局限性，
虚拟机OS必须可修改内核，这对闭源OS比如Windows是无法想象的，所以基于Xen的产品很长一段时间只能支持Linux或*BSD，直到Intel的VT-x出现

主机OS之上的Hypervisor
–VMware似乎并不想把这种产品定义为Hypervisor，但wiki上将这种类型的称为主机上的Hypervisor，在这里没必要对这个较劲，姑且也算在内
–此类Hypervisor最大的特点就是必须安装在OS之上(注意：这和后面提到的操作系统虚拟化是两码事)，一般安装在windows和linux之上，
比如有名的vmware server/workstation产品，微软的virtual server/pc，以及SUN曾经收购的VirtualBox(目前已是Oracle旗下)等
–此类更像一个应用软件，由于其依赖OS可靠性以及多了层虚拟转化，此类Hypervisor性能和可靠性均无法同企业级Hypervisor(如ESX)可比，
大多用于测试，本文不做详解

 

主机OS之上的Hypervisor图解