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虚拟化

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在计算机科学中,虚拟化(Virtualization)是一个表现逻辑群组或电脑资源的子集的进程,用户可以用比原本的组态更好的方式来存取这些进程。这些资源的新虚拟部份是不受现有资源的架设方式,地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料储存。

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完全虚拟化

最流行的虚拟化方法使用名为hypervisor的一种软件,在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。VMware微软的Virtual PC是代表该方法的两个商用产品,而基于核心的虚拟机(KVM)是面向Linux系统的开源产品。

hypervisor可以捕获CPU指令,为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而,完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上,而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是,hypervisor给处理器带来开销。

在完全虚拟化的环境下,hypervisor运行在裸硬件上,充当主机操作系统;而由hypervisor管理的虚拟服务器运行客户端操作系统(guest OS)。

敏感指令在操作系统和硬件之间被捕捉处理,客户操作系统无需修改,所有软件都能在虚拟机中运行,例如IBM CP/CMS,VirtualBox,VMware Workstation

准虚拟化

完全虚拟化是处理器密集型技术,因为它要求hypervisor管理各个虚拟服务器,并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是,改动客户操作系统,让它以为自己运行在虚拟环境下,能够与hypervisor协同工作。这种方法就叫准虚拟化(para-virtualization)。

Xen是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟服务器在Xen hypervisor上运行之前,它必须在核心层面进行某些改变。因此,Xen适用于BSDLinuxSolaris及其他开源操作系统,但不适合对像Windows这些专有的操作系统进行虚拟化处理,因为它们无法改动。

准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与hypervisor协同工作,其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。准虚拟化与完全虚拟化相比优点明显,以至于微软和VMware都在开发这项技术,以完善各自的产品。

操作系统层虚拟化

实现虚拟化还有一个方法,那就是在操作系统层面增添虚拟服务器功能。Solaris Container就是这方面的一个例子,Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的软件方案。

就操作系统层的虚拟化而言,没有独立的hypervisor层。相反,主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源,并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是,如果使用操作系统层虚拟化,所有虚拟服务器必须运行同一操作系统(不过每个实例有各自的应用程序和用户账户)。

虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差,但本机速度性能比较高。此外,由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统,管理起来比异构环境要容易。

使操作系统内核支持多用户空间实体,例如Parallels Virtuozzo Containers,Unix-like系统上的chroot,Solaris上的Zone

网络虚拟化

将不同网络的硬件和软件资源结合成一个虚拟的整体。虚拟专用网络(VPN),在大型网络(通常是Internet)中的不同计算机(节点)通过加密连接而组成的虚拟网络,具有类似局域网的功能;存储器虚拟化,将网络系统中的随机存储器聚合起来,形成统一的虚拟内存池。

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参考资料

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