虚拟化技术我是这么搞懂的！

作者:课课家教育更新于： 2017-07-21 17:15:57

　　欢迎各位阅读本篇文章，本文主要讲了云计算核心虚拟化技术。大家知道云计算平台上面的云主机实际上都是虚拟机，但我们感觉不出来，用起来和一台真实的服务器没什么区别，这都要归功于虚拟化技术(Virtualization)。可以说虚拟化技术是实现云计算基础架构层面(IaaS)的核心技术。那么这种虚拟化技术究竟是怎么回事?课课家教育平台提醒各位：本篇文章纯干货~因此大家一定要认真阅读本篇文章哦!

　　云计算所使用的虚拟化技术，其实并不是一项新技术。1998年成立的Vmware(威睿)公司就是做虚拟机软件的，后来被数据存储技术公司EMC(易安信)收购了，再后来EMC又被Dell收购了。

　　云计算的“横空出世”让很多人将其视为一项全新的技术，但事实上它的雏形已出现多年，只是最近几年才开始取得相对较快的发展。确切地说，云计算是大规模分布式计算技术及其配套商业模式演进的产物，它的发展主要有赖于虚拟化、分布式数据存储、数据管理、编程模式、信息安全等各项技术、产品的共同发展。近些年来，托管、后向收费、按需交付等商业模式的演进也加速了云计算市场的转折。云计算不仅改变了信息提供的方式，也颠覆了传统ICT系统的交付模式。与其说云计算是技术的创新，不如说云计算是思维和商业模式的转变。

　　虚拟化是云计算最重要的核心技术之一，它为云计算服务提供基础架构层面的支撑，是ICT服务快速走向云计算的最主要驱动力。可以说，没有虚拟化技术也就没有云计算服务的落地与成功。随着云计算应用的持续升温，业内对虚拟化技术的重视也提到了一个新的高度。与此同时，我们的调查发现，很多人对云计算和虚拟化的认识都存在误区，认为云计算就是虚拟化。事实上并非如此，虚拟化是云计算的重要组成部分但不是全部。

　　我们先不谈VMware公司的历史，重点说一下他们的虚拟机软件：VMware Workstation。这个软件允许多个x86虚拟机同时被创建和运行。每个虚拟机实例可以运行其自己的客户机操作系统(Guest OS)，如Windows、Linux、BSD等。说白了就是，VMware Workstation允许一台真实的计算机同时运行好几个操作系统。

　　从底层操作系统来看，每个虚拟机都是一个用户进程;从虚拟机中的的Guest OS来看，自己拥有整个计算机。

　　从技术上讲，虚拟化是一种在软件中仿真计算机硬件，以虚拟资源为用户提供服务的计算形式。旨在合理调配计算机资源，使其更高效地提供服务。它把应用系统各硬件间的物理划分打破，从而实现架构的动态化，实现物理资源的集中管理和使用。虚拟化的最大好处是增强系统的弹性和灵活性，降低成本、改进服务、提高资源利用效率。

　　从表现形式上看，虚拟化又分两种应用模式。一是将一台性能强大的服务器虚拟成多个独立的小服务器，服务不同的用户。二是将多个服务器虚拟成一个强大的服务器，完成特定的功能。这两种模式的核心都是统一管理，动态分配资源，提高资源利用率。在云计算中，这两种模式都有比较多的应用。

　　虚拟机的工作原理

　　虚拟机软件解决了一个关键的技术问题：就是如何让Guest OS认为自己正运行在一个真实的计算机上。

　　VMware的架构图

　　管理多个虚拟机的软件叫做VMM(Virtual Machine Monitor)，或者叫hypervisor。VMM做了三件事来欺骗Guest OS：分别是虚拟CPU、虚拟内存、虚拟I/O。

　　虚拟CPU：为每个虚拟机的CPU准备了一个虚拟寄存器的数据结构，跟踪着CPU所有寄存器中的值。CPU的全部状态其实就是所有寄存器的值，只要在Guest OS看来寄存器的值没问题，Guest OS就可以正常执行。

　　Guest OS作为一个用户进程，实际上运行在CPU的ring3模式(最低权限)，但VMM让它以为自己运行在CPU的ring0模式(特权模式)。如果Guest OS访问ring3模式的寄存器，VMM是不会管的。但如果Guest OS试图访问一些ring3模式的寄存器，VMM就直接修改虚拟寄存器的值，让Guest OS认为自己真的操作了这些特权模式下才能访问的寄存器。

　　虚拟内存：VMM实现了从虚拟内存到虚拟机物理内存再到物理内存的 三级地址转换，解决了Guest OS访问内存的问题，在Guest OS看来，地址还是从虚拟内存映射到物理内存。

　　虚拟I/O：如果VMM发现Guest OS要对某个I/O设备进行操作，那么就用软件模拟这个过程，比如要对磁盘进行读写，VMM就把这个操作改成对文件的读写。

　　总的来说，Guest OS的运行在VMM的严密监控下，在权限允许的范围内，Guest OS干啥都行，但如果超出了权限，VMM就要干预。

　　虚拟化技术与云计算

　　目前比较常用的虚拟机技术有VMWare，Xen，KVM，虽然虚拟化的思路差不多，但具体所使用的虚拟化技术还是有所区别的。

　　VMWare是商用软件，需要付费，且不开源。Xen和KVM都是开源的。不过Xen的操作复杂，维护成本较高，Linux官方内核已经去掉了对Xen的支持。KVM是Linux Kernel的一部分，因此会随着Linux内核的升级而不断优化和改进。在云计算领域目前用的虚拟机技术最多的也是KVM。

　　云计算管理软件通过libvirt接口管理虚拟机

　　小结：目前比较流行的云计算管理软件是Openstack，支持各种虚拟机技术。libvirt是一套免费、开源的支持Linux下主流虚拟化工具的C函数库。libvirt 起初是专门为 Xen 设计的一种管理 API，后来被扩展为可支持多个虚拟机监控程序。云计算管理软件通过libvirt接口就可以控制各种虚拟化技术创建的虚拟机了。相信最后大家阅读完毕本篇文章，肯定学到了不少知识吧?其实大家私下还得多多自学，当然如果大家还想了解更多方面的详细内容的话呢，不妨关注课课家教育平台，在这个学习知识的天堂中，您肯定会有意想不到的收获的!