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要理解Xen的虛擬化方法，首先你必須了解什么是虛擬化。在計(jì)算時(shí)代早期，虛擬化并不存在。那時(shí)，使用的是模擬（Emulation）。在下一代中，虛擬化被帶到了一個(gè)更高的級(jí)別。在模擬層（負(fù)責(zé)被虛擬機(jī)器的指令翻譯）和硬件之間，不需要任何主機(jī)操作系統(tǒng)運(yùn)行硬件上的虛擬機(jī)。 如今，虛擬化市場(chǎng)上滿是各種不同的虛擬化解決方案。多年以來(lái)，VMware一直控制著基于i386的虛擬化市場(chǎng)。然而，現(xiàn)在的開(kāi)源解決方案Xen也在迅速地?cái)U(kuò)張自己的市場(chǎng)。在本文中，TechTarget中國(guó)的特約虛擬化專家Sander van Vugt將介紹什么是Xen、它如何工作以及Xen如何與其它虛擬化解決方案一爭(zhēng)高下。 要理解Xen的虛擬化方法，首先你必須了解什么是虛擬化。在計(jì)算時(shí)代早期，虛擬化并不存在。那時(shí)，使用的是模擬（Emulation）。在模擬技術(shù)中，軟件程序模擬了計(jì)算機(jī)（硬件和軟件）的行為。模擬層與操作系統(tǒng)對(duì)話，而操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件對(duì)話。在模擬層中安裝的操作系統(tǒng)并不知道自己是被安裝在模擬環(huán)境下的，你可以按照常規(guī)的方法安裝操作系統(tǒng)。市場(chǎng)上有兩大開(kāi)源的模擬器：QEMU和Bochs。 模擬技術(shù)最重要的特點(diǎn)之一是所有硬件都是模擬的，包括CPU。此外，還能在自己的架構(gòu)中運(yùn)行為其它架構(gòu)開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)。不過(guò)，它也有一個(gè)缺點(diǎn)：虛擬完整的CPU要付出很大的性能代價(jià)。 在下一代中，虛擬化被帶到了一個(gè)更高的級(jí)別。在模擬層（負(fù)責(zé)被虛擬機(jī)器的指令翻譯）和硬件之間，不需要任何主機(jī)操作系統(tǒng)運(yùn)行硬件上的虛擬機(jī)。虛擬機(jī)監(jiān)控器（也稱hypervisor或管理程序）被直接放在硬件之上運(yùn)行。有了這種新型架構(gòu)之后，虛擬化變得更加高效。例如，VMware在VMware ESX中應(yīng)用了該架構(gòu)，取得了巨大的成功。 在基于hypervisor的虛擬化中，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。第一種，虛擬機(jī)器產(chǎn)生的所有指令都需要被翻譯成CPU能識(shí)別的指令格式，這會(huì)給hypervisor帶來(lái)大量的工作負(fù)荷。另一種方法（VMware ESX Server采用的就是這種方法）直接執(zhí)行大部分子機(jī)CPU指令，直接在主機(jī)物理CPU中運(yùn)行指令，性能負(fù)擔(dān)很小。 在Xen使用的方法中，沒(méi)有指令翻譯。這是通過(guò)兩種方法之一實(shí)現(xiàn)的。第一，使用一個(gè)能理解和翻譯虛擬操作系統(tǒng)發(fā)出的未修改指令的CPU（此方法稱作完全虛擬化或full virtualization）。另一種，修改操作系統(tǒng)，從而使它發(fā)出的指令最優(yōu)化，便于在虛擬化環(huán)境中執(zhí)行（此方法稱作準(zhǔn)虛擬化或paravirtualization）。 完全虛擬化與準(zhǔn)虛擬化 完全虛擬化（full virtualization）是虛擬一臺(tái)機(jī)器的一種方法。在此方法中，虛擬機(jī)與一個(gè)叫做虛擬機(jī)監(jiān)控器（VMM）的部件進(jìn)行通信，而VMM則與硬件平臺(tái)進(jìn)行通信。要在Xen中利用完全虛擬化方法，需要一個(gè)特殊的CPU，此CPU能理解虛擬操作系統(tǒng)發(fā)出的未修改指令。如果沒(méi)有這樣的特殊CPU功能，是不可能在Xen中使用完全虛擬化的。這是因?yàn)?，在Xen方法中不是每條虛擬操作系統(tǒng)發(fā)出的指令都可以被翻譯為每個(gè)CPU都能識(shí)別的格式，因?yàn)檫@非常耗費(fèi)資源。完全虛擬化的主要優(yōu)勢(shì)在于，它安裝了一個(gè)未修改的操作系統(tǒng)，這意味著運(yùn)行于同樣架構(gòu)的所有操作系統(tǒng)都可以被虛擬化。 效率最高的虛擬化方法是準(zhǔn)虛擬化（paravirtualization）。在準(zhǔn)虛擬化中，子操作系統(tǒng)使用一個(gè)專門的API與VMM通信，VMM則負(fù)責(zé)處理虛擬化請(qǐng)求，并將這些請(qǐng)求遞交到硬件上。由于有了這個(gè)特殊的API，VMM不需去做耗費(fèi)資源的指令翻譯工作。而且，使用準(zhǔn)虛擬化API時(shí)，虛擬操作系統(tǒng)能夠發(fā)出更有效的指令。然而，準(zhǔn)虛擬化也有一個(gè)缺點(diǎn)，就是需要修改包含這個(gè)特殊API的操作系統(tǒng)。而且，這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)于某些操作系統(tǒng)（主要是Windows）來(lái)說(shuō)更要命，因?yàn)樗鼈儧](méi)有這種API。 現(xiàn)在，準(zhǔn)虛擬化是獲得最佳性能的方法，因?yàn)樘摂M操作系統(tǒng)發(fā)出的指令不需要翻譯。遺憾的是，在某些操作系統(tǒng)中不能完全使用準(zhǔn)虛擬化，因?yàn)樗枰粋€(gè)特殊版本的操作系統(tǒng)。在這樣環(huán)境下，為了確保高性能，可以準(zhǔn)虛擬化個(gè)別的設(shè)備。這意味著，可以通過(guò)硬件虛擬化來(lái)處理某些指令（如，CPU發(fā)出的指令）。不過(guò)，有些特殊設(shè)備發(fā)出的指令（如，network board或graphical interface card）在離開(kāi)虛擬機(jī)之前可以通過(guò)準(zhǔn)虛擬化驅(qū)動(dòng)被修改。有些廠商提供專門操作系統(tǒng)的準(zhǔn)虛擬化驅(qū)動(dòng)包，這些驅(qū)動(dòng)包經(jīng)?？梢詥为?dú)購(gòu)買。通常，這些專門的驅(qū)動(dòng)包都物有所值，能夠大大地提高設(shè)備性能，如網(wǎng)板（network board）和硬盤。 Xen虛擬化方法 在Xen環(huán)境中，主要有兩個(gè)組成部分。一個(gè)是虛擬機(jī)監(jiān)控器（VMM），也叫hypervisor。Hypervisor層在硬件與虛擬機(jī)之間，是必須最先載入到硬件的第一層。Hypervisor載入后，就可以部署虛擬機(jī)了。在Xen中，虛擬機(jī)叫做“domain”。在這些虛擬機(jī)中，其中一個(gè)扮演著很重要的角色，就是domain0，具有很高的特權(quán)。通常，在任何虛擬機(jī)之前安裝的操作系統(tǒng)才有這種特權(quán)。 Domain0要負(fù)責(zé)一些專門的工作。由于hypervisor中不包含任何與硬件對(duì)話的驅(qū)動(dòng)，也沒(méi)有與管理員對(duì)話的接口，這些驅(qū)動(dòng)就由domain0來(lái)提供了。通過(guò)domain0，管理員可以利用一些Xen工具來(lái)創(chuàng)建其它虛擬機(jī)（Xen術(shù)語(yǔ)叫domainU）。這些domainU也叫無(wú)特權(quán)domain。這是因?yàn)樵诨趇386的CPU架構(gòu)中，它們絕不會(huì)享有最高優(yōu)先級(jí)，只有domain0才可以。 在domain0中，還會(huì)載入一個(gè)xend進(jìn)程。這個(gè)進(jìn)程會(huì)管理所有其它虛擬機(jī)，并提供這些虛擬機(jī)控制臺(tái)的訪問(wèn)。在創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)，管理員使用配置程序與domain0直接對(duì)話。（在本系列的第二部分，我們將探討如何使用配置程序。） Xen與其它開(kāi)源項(xiàng)目 使用Xen時(shí)，開(kāi)源項(xiàng)目與其它項(xiàng)目的一些差異有時(shí)會(huì)讓人感到迷惑。Xen起源于英國(guó)的劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了Xen開(kāi)源項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目包括虛擬機(jī)監(jiān)控器，即Xen環(huán)境的核心組成部分。除了劍橋大學(xué)的科學(xué)家以外，很多其它IT領(lǐng)域集團(tuán)也都參與了Xen開(kāi)源項(xiàng)目，其中包括IBM、AMD、HP、Red Hat和Novell。 由于Xen方法使虛擬化領(lǐng)域邁出了一大步，因此Xen的創(chuàng)始人成立了他們自己的公司XenSource（最近被Citrix收購(gòu)）。他們成立XenSource的目的是為了基于Xen hypervisor而提供一個(gè)完善的虛擬化解決方案，與其它虛擬化產(chǎn)品（如VMware ESX）競(jìng)爭(zhēng)。其它企業(yè)也在它們自己的產(chǎn)品中綜合應(yīng)用了Xen hypervisor。例如，Linux廠商Red Hat和Novell公司都在自己的操作系統(tǒng)中包含了各自版本的Xen。由于Xen的大多數(shù)部分都是開(kāi)源的，所以這些解決方案都非常相似。 原文：http://www./showcontent_13689.htm?lg=t 【編輯推薦】 |
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