虛擬化技術和分割槽技術是緊密結合在一起,從60年代unix誕生起,虛擬化技術術和分割槽技術就開始了發展,並且經歷了從「硬體分割槽」->「虛擬機器」->「準虛擬機器」->「虛擬作業系統」的發展歷程。最早的分割槽技術誕生自人們想提公升大型主機利用率需求。比如在金融、科學等領域,大型unix伺服器通常價值數千萬乃至上億元,但是實際使用中多個部門卻不能很好的共享其計算能力,常導致需要計算的部門無法獲得計算能力,而不需要大量計算能力的部門占有了過多的資源。這個時候分割槽技術出現了,它可以將一台大型伺服器分割成若干分割槽,分別提供給生產部門、測試部門、研發部門以及其他部門。
幾種常見的虛擬化技術代表產品如下:
型別
代表產品
硬體分割槽
ibm/hp
等大型機硬體分割槽技術
虛擬機器(virtual machine monitor
)
emc vmware mircosoft virtual pc/server parallels
準虛擬機器
(para-virtualization
)
xen project
虛擬作業系統
(os virtualization
)
swsoft virtuozzo/openvz project sun solaris container
hp vse freebsd jail
linux vserver
硬體分割槽技術
硬體分割槽技術如下圖所示:硬體資源被劃分成數個分割槽,每個分割槽享有獨立的cpu、記憶體,並安裝獨立的作業系統。在一台伺服器上,存在有多個系統例項,同時啟動了多個作業系統。這種分割槽方法的主要缺點是缺乏很好的靈活性,不能對資源做出有效調配。隨著技術的進步,現在對於資源劃分的顆粒已經遠遠提公升,例如在ibm aix系統上,對cpu資源的劃分顆粒可以達到0.1個cpu。這種分割槽方式,在目前的金融領域,比如在銀行資訊中心得到了廣泛採用。
虛擬機器技術
在虛擬機器技術(virtual machine monitor)中,不再對底層的硬體資源進行劃分,而是部署乙個統一的host系統。在host系統上,加裝了virtual machine monitor,虛擬層作為應用級別的軟體而存在,不涉及作業系統核心。虛擬層會給每個虛擬機器模擬一套獨立的硬體裝置,包含cpu、記憶體、主機板、顯示卡、網絡卡等硬體資源,在其上安裝所謂的guest作業系統。終端使用者的應用程式,執行在guest作業系統中。如下圖所示。
這種虛擬機器執行的方式有一定的優點,比如能在乙個節點上安裝多個不同型別的作業系統;但缺點也非常明顯,虛擬硬體裝置要消耗資源,大量**需要被翻譯執行,造成了效能的損耗,使其更合適用於實驗室等特殊環境。其代表產品有emc旗下的vmware系列、微軟旗下的virtual pc/server系列等。
準虛擬機器技術
為了改善虛擬機器技術(virtual machine monitor)的效能,一種新的準虛擬化技術(para-virtualizion)技術誕生了。這種虛擬技術以xen為代表,其特點是修改作業系統的核心,加入乙個xen hypervisor層。它允許安裝在同一硬體裝置上的多個系統可以同時啟動,由xen hypervisor來進行資源調配。
在這種虛擬環境下,依然需要模擬硬體裝置,安裝guest作業系統,並且還需要修改作業系統的核心。xen相對於傳統的virtual machine monitor,效能稍有提高,但並不十分顯著。為了進一步提高效能,intel和amd分別開發了vt和pacifica虛擬技術,將虛擬指令加入到了 cpu中。使用了cpu支援的硬體虛擬技術,將不再需要修改作業系統核心,而是由cpu指令集進行相應的轉換操作。
作業系統虛擬化技術
最新的虛擬化技術已經發展到了作業系統虛擬化,以swsoft的virtuozzo/openvz和sun基於solaris平台的container技術為代表,其中virtuozzo是商業解決方案,而openvz是以virtuozzo為基礎的開源專案。他們的特點是乙個單一的節點執行著唯一的作業系統例項。通過在這個系統上加裝虛擬化平台,可以將系統劃分成多個獨立隔離的容器,每個容器是乙個虛擬的作業系統,被稱為虛擬環境(即ve,virtual environment),也被稱為虛擬專用伺服器(即vps,virtual private server)。如下圖所示:
在作業系統虛擬化技術中,每個節點上只有唯一的系統核心,不虛擬任何硬體裝置。此外,多個虛擬環境以模板的方式共享乙個檔案系統,效能得以大幅度提公升。在生產環境中,一台伺服器可根據環境需要,執行乙個ve/vps,或者執行上百個ve/vps。所以,作業系統虛擬化技術是面向生產環境、商業執行環境的技術。
表:常見虛擬化技術對比
(點選看大圖)
從最早的硬體分割槽到現階段的虛擬機器和虛擬作業系統,虛擬化技術已經發展了好幾代,不同的技術路線也帶來了不同的優劣勢。選擇什麼樣的技術和產品,使用者還是應該結合自身的預算和應用實踐來決策。(本文作者系swsoft中國首席工程師)
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