虚拟化计算技术初步研究讲义.docx
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虚拟化计算技术初步研究讲义
虚拟化技术初步研究讲义
本文档是我在业余时间研究了很长时间的虚拟化计算技术后的一些体会和感想。
作为一个新兴的技术，我们是不是以后会用到？
在这里仅作为市场部参考，提供一个新的技术，看看以后我们有没有使用的可能性。
也为集成部一些前沿新技术的普及作一些入门介绍，欢迎大家批评指正。
1.背景说明
什么叫虚拟化计算技术呢？
简单的说，就是我们平常用的虚拟机，例如用VMWareWorkstation安装一个Linux等等。
这种技术原来主要作用只是作为一种模拟技术用来学习和测试用，但是现在在企业应用中已经成熟起来了。
主要表现为：
1）：
从硬件上，CPU可以直接给虚拟技术提供支持了，例如Intel的VT技术和AMD的Pacifica技术等，直接从芯片这个级别为虚拟计算技术提供了保障。
2）：
从软件上看，微软的最新的VirtualServer2005企业版已经免费了，证明这个市场的竞争激烈。
VMWare公司（已经被EMC收购）推出了原来企业级产品VMWareGSX的免费版本VMWareServer，Linux下面的XEN技术也已经成熟了起来，并且会集成在RedHat的下一个版本RedHatLinux企业版5和Novell的SUSELinux企业版10中。
另外各大主机厂商，例如IBM、Sun、HP都在推行自己的虚拟化计算技术，Sun的Solaris10中的Zone技术就是其中之一。
这里主要讨论的是一些企业级的技术和软件，对于我们平常用的一些个人版的就不讨论了。
另外“虚拟化”是现在IT技术的潮流，计算在虚拟化，存储也在虚拟化，还有具有战略意义的“集成虚拟化”。
在这里只讨论计算的虚拟化。
另外，把多个物理服务器组合成一个大的虚拟服务器，就是“网格”技术，这个技术这里也不做讨论。
2.虚拟化技术的优点
虚拟计算技术就在一个物理的服务器上面安装很多的操作系统，并且这些操作系统可以相同，也可以不同。
用在企业中的主要好处是：
（我个人的体会）
1）：
容易部署，只有一个物理服务器，增加服务器的时候只需要在上面划出一部分资源（主要是CPU、内存、硬盘、网卡）给一个虚拟机就可以了。
2）：
管理方便，主需要管理一个物理主机，并且所有的虚拟主机都可以远程管理，包括开关机等（少了远程管理卡的使用）。
并且各个虚拟主机可以分给不同的人来管理（权限管理），管理员只需要管理物理服务器就可以了。
3）：
资源利用充分，因为不是所有的服务器都在大量利用资源，例如一个物理机器上面有两个虚拟机VSA和VSB，例如VSA的应用占用大量CPU，但是对内存利用不大，VSB的应用占用大量内存但是对CPU利用不大等等，这样在建立虚拟机VSA和VSB过程中，就可以分配给他们不同的资源。
另外在建立虚拟机时，可以指定虚拟机使用的资源（内存、CPU、网络、硬盘）在整个物理服务器资源中的比率。
4）：
减少软件费用，例如在一个虚拟机上面安装了10个WindowsServer20003虚拟机，但是只要买一套软件就可以。
（这个是我的感觉，不一定正确，相关资料我没有找到）
5）：
安全，各个虚拟主机之间没有关系，一个虚拟系统烂掉了不会影响其他的虚拟主机和物理主机。
6）：
高可用行，例如VMWare的最新软件套装VMwareInfrastructure3中有VMWareHA，当物理主机损坏的时候，上面运行的所有虚拟主机以及其应用可以切换到另外的主机上面。
7）：
对存储的支持，支持NAS、FCSAN、iSCSISAN等主流存储技术。
8）：
虚拟机操作系统的多样性：
Windows系列、Linux系列、BSD系列、商用的UNIX、甚至与MACOS、NetWare、OS/2等。
9）：
备份方便，一般软件都支持对虚拟机的快照功能，虚拟机烂掉了，恢复上一次的快照就可以了，很简单也很快。
或者直接拷贝虚拟机的几个软件进行备份。
这个备份方式对于一些非关键应用应该说足够了。
10）：
节省空间，节省电源
注：
不是所有的软件都支持上面的技术的。
3.虚拟计算的原理
3.1虚拟硬件模式
虚拟硬件模式是最传统的虚拟计算机模式。
这种技术的主要特点是，每一个虚拟机都是一台真正机器的完整拷贝，一个功能强大的主机可以被分割成许多虚拟机。
虚拟硬件模型将计算机、存储和网络硬件间建立了一个抽象的虚拟化平台，使得所有的硬件被统一到一个虚拟化层中。
这样，在这个平台的顶部创建的虚拟机具有同样的硬件结构，提供了更好的可迁移性。
在这种模型中，每个用户都可以在他们的虚拟机上运行程序、存储数据，甚至虚拟机崩溃也不会影响系统本身和其他的系统用户。
所以，虚拟机模型不仅允许资源共享，而且实现了系统资源的保护。
目前，此类虚拟机的典型产品有Vmware的Workstation、GSXServer、ESXServer和Microsoft的VirtualPC、VirtualServer以及ParallelsWorkstation等。
以上的几种虚拟机软件都具有同样的特点：
虚拟了Intelx86平台，可以同时运行多个操作系统和应用程序。
通过使用虚拟化层，提供了硬件级的虚拟，即虚拟机为运行于虚拟机的操作系统映像提供了一整套虚拟的Intelx86兼容硬件。
这套虚拟硬件虚拟了真正服务器所拥有的全部设备：
主板芯片、CPU、内存、SCSI和IDE磁盘设备、各种接口、显示和其他输入输出设备。
并且，每个虚拟机都可以被独立的封装到一个文件中，可以实现虚拟机的灵活迁移。
虚拟硬件虚拟技术有两个显著特点。
第一，无论哪款产品，都可以直接用系统处理器执行CPU指令，根本涉及不到虚拟层。
第二，实现真正的分区隔离，每个分区只能占用一定的系统资源，包括磁盘I/O和网络带宽，并提高了系统的整体安全性。
另外，高端的虚拟服务器产品可以直接在硬件上运行虚拟机，而不需要宿主操作系统。
并且，通过相关的管理软件，可以对每个虚拟机消耗的物理资源（网络带宽、磁盘I/O访问等）进行精确的控制。
我总结的几个特点：
1：
操作系统的无关性，可以在一个物理服务器上面分别部署Windows2003、Linux、FreeBSD、Soalris10X86等，这个我是做过实验的，主要物理主机足够强劲，可以安装很多操作系统。
这里的无关性包括各个虚拟主机之间的操作系统无关以及虚拟机和物理机的操作系统无关两个方面，关键是虚拟机软件支持什么系统。
2：
性能不如下一种“虚拟操作系统模式”高。
3：
部署较慢，因为要安装虚拟机的操作系统。
3.2虚拟操作系统模式
虚拟操作系统模型是基于虚拟机运行的主机操作系统创建了一个虚拟层，用来虚拟机主机的操作系统。
在这个虚拟层之上，可以创建多个相互隔离的虚拟专用服务器（VirtualPrivateServer,VPS）。
这些VPS可以最大化的效率共享硬件、软件许可证以及管理资源。
对其用户和应用程序来讲，每一个VPS平台的运行和管理都与一台独立主机完全相同，因为每一个VPS均可独立进行重启并拥有自己的root访问权限、用户、IP地址、内存、过程、文件、应用程序、系统函数库以及配置文件。
对于运行着多个应用程序和拥有实际数据的产品服务器来说，虚拟操作系统的虚拟机可以降低成本消耗和提高系统效率。
虚拟操作系统模式虚拟化解决方案同样能够满足一系列的需求：
安全隔离、计算机资源的灵活性和控制、硬件抽象操作及最终高效、强大的管理功能。
每一个VPS中的应用服务都是安全隔离的，且不受同一物理服务器上的其他VPS的影响。
通过专用的文件系统，使得文件浏览对所有VPS用户来说就如常规服务器一样，但却无法被该服务器上的其他VPS用户看到。
能够实时分配、监控、计算并控制资源级别，完成对CPU、内存、网络输入/输出、磁盘空间以及其他网络资源的灵活管理。
经过抽象的VPS具有相同的虚拟硬件结构，并可以在任意连网的服务器之间透明迁移，而不产生任何宕机时间。
操作系统虚拟化技术解决了在单个物理服务器上部署多个生产应用服务和存储服务器时所面临的挑战。
在应用服务部署完成之后，它们被集中于同一种操作系统以便于管理和维护。
操作系统虚拟化是针对生产应用和服务器的完美虚拟化解决方案，共享的操作系统提供了更为有效的服务器资源并且大大降低了处理损耗。
通过操作系统虚拟化，上百个VPS可以在单个的物理服务器上正常运行。
但同时，这种集中于同一操作系统的特性也注定了该类虚拟机只能在同一台物理服务器上运行同一种虚拟的操作系统。
也许，你将拥有一台同时运行100个windows或linux虚拟机的高性能服务器，但你不要想在这一服务器上同时运行虚拟的windows和linux系统。
目前，swsoft的virtuozzo是这一领域的成熟产品。
另外SunSolaris10的Zone技术就是用的这种技术。
我总结的几个特点：
1：
虚拟机和操作系统必须和物理服务器的操作系统一致
2：
性能好过第一种
3：
部署快，快的话就几分钟，因为虚拟机系统直接从物理机操作系统中产生。
3.3硬件模式
例如最高院用的Sun12k，上面的Domain可以看成是这种技术，这种技术一般用在高端服务器上面。
在此不做讨论。
3.4XEN技术
在不断增加的虚拟化技术列表中，Xen是近来最引人注目的技术之一。
Xen是在剑桥大学作为一个研究项目被开发出来的，它已经在开源社区中得到了极大的推动。
Xen是一款半虚拟化（paravirtualizing）VMM（虚拟机监视器，VirtualMachineMonitor），这表示，为了调用系统管理程序，要有选择地修改操作系统，然而却不需要修改操作系统上运行的应用程序。
Xen是一种特殊的虚拟硬件虚拟机，具有虚拟硬件虚拟机的大部分特性，其最大的不同点在于，Xen需要修改操作系统内核。
目前，Xen只支持在Linux系统之上实现的Linux虚拟机。
不过，其新的版本将支持Intel公司的硬件虚拟技术Intel-VT，这一个关键技术将可以用以解决Xen在虚拟化Windows系统方面的困难。
4.几个主要的虚拟软件使用感受
4.1VMWare家族
VMWare的软件还是处于领头羊的地位，主要研究了VMWare的企业级产品：
VMWareGSXServer和VMWareESXServer，这两个软件在安装上面的一个重要的区别是GSX需要先安装一个OS（Windows或者Linux），然后在这个OS上面安装GSXServer，然后在GSX上面安装虚拟机；ESXSever可以直接安装在物理服务器上面，然后在ESX上面安装虚拟机（其实ESXServer本身就在Linux基础上改的）。
EXS比GSX性能要高很多，功能方面也高很多，例如在HA方面、虚拟SMP、资源分配、备份方面有很多企业级的特性，但是价格上也要高很多。
另外VMWare也提供了很多工具，例如集中管理工具VMwareVirtualCenter、迁移工具VMwareP2VAssistant（把应用从物理机器迁移到虚拟机器）等等。
另外VMWare的最新软件套装前几天刚发布，名字叫做VMwareInfrastructure3。
4.1.1VMWareGSXServer
对应的有免费VMWareServer，功能上和GSXServer相同的。
物理服务器OS支持：
WindowsServer2000/2003，Linux系列（Redhat企业版、SUSELinux企业版或者CentOS）。
虚拟机OS支持：
Windows系列、Linux系列、NetWare系列、SolarisX86系列、BSD系列（FreeBSD、NetBSD、OpenBSD等）、DOS、其他UNIX（SCO系列、Minix、QNX等）等。
管理：
采用C/S模式，远程可以管理各个虚拟机器。
也可以用Web方式管理。
我的测试情况：
虚拟机软件：
VMWareGSXServer3.2.1
服务器：
HPDL380
物理OS：
NovellSUSELinux企业版9
虚拟OS：
WindowsServer2003企业版
SlackWareLinux10.2、ArchLinux0.72
NovellNetWare6.0
SCOUNIXWARE7.13
SunSolaris10ForX86
FreeBSD6.1
NetBSD3.0
OpenBSD3.9
Minix3.12
QNX6.21（一个很有名的实时OS）
以上系统都可以在虚拟机上面稳定的运行。
4.1.2VMWareESXServer
VMWare的ESXServer直接在物理服务器上面安装，不需要先安装任何的操作系统，但是对服务器比较挑剔，例如必须安装在SCSI硬盘上，对网卡的要求也特别高，所以一般不能在普通PC上面安装，必须用PC服务器进行安装。
我的测试情况：
虚拟机：
VMWareESX3.0
物理服务器：
IBMX346
虚拟机的操作系统由于我没有找到ESX的License而没有安装成功，但是他支持的虚拟机OS类型和GSXServer一样。
管理：
C/S方式，通过VMwareVirtualCenter进行管理，也可以用Web进行管理。
ESXServer比GSXServer多了很多功能，例如对各种存储技术的支持，权限的管理、资源分配的具体细化（例如2GHz的CPU可以分出450MHz）等等企业级特性。
4.2微软家族
微软的实力不容低估，最新的VirtualServer2005企业版已经免费了。
物理操作系统：
WindowsServer2003、WindowsXPPro，不支持Windows2000系列，企业应用建议安装在WindowsServer2003上。
虚拟OS：
Windows系列，Linux系列（原来微软的虚拟机软件是不支持Linux的，后来被迫支持了）
管理方式：
Web形式、C/S模式
我的测试方式：
虚拟机软件：
VirtualServer2005企业版
机器：
HP笔记本NX9040
物理操作系统：
WindowsXPPro
虚拟机因为时间原因只测试了UbuntuLinux。
功能上和VMware的GSX差不多，和ESX还差一些。
4.3SunSolarisZone技术
这个相当于在Solaris上面虚拟出很多Solaris来，每个Solaris分配一定的资源，物理OS和虚拟OS现在只是支持Solaris10，物理服务器硬件支持X86服务器和Sun的服务器。
Sun用的是“虚拟操作系统”技术。
在功能上，我觉得Sun的Zone比VMWare和微软的还差一些，但是对于一般的应用应该足够了。
管理方式：
命令行
我的测试方式：
在一个用VMWareGSX的Solaris虚拟机上面又建立了一个SolarisZone，一切工作正常。
4.4其他
由于时间原因，很多技术，例如Linux上面的XEN技术、swsoft的Virtuozzo技术（另外Virtuozzo在linux上面有一个开源版本OpenVZ）、Parallels等，有时间再弄弄。
另外还有一些开源的虚拟机软件，例如bochs、qemu，不过这些好像都是个人用的，不是企业级的。
5.我们可能会用到的虚拟技术
仅是个人觉得，欢迎指正
5.1SunSolaris的Zone技术
公司卖的Sun的机器比较多，在一些资金比较紧张的客户那里，可能会用到这个技术，把一台机器变成若干台机器，而且这个技术本身是集成在Solaris中的，不另外收费的。
5.2微软的技术
微软的VirtualServer2005企业版已经免费，在给一些资金比较紧张的客户或者公司自己使用服务器的时候，可以采用这种技术，在一个物理的机器上面虚拟出几个WindowsServer，以提供不同的服务。
例如在公司可以用一台机器模拟3台机器，一个供开发部法院组用，一个供开发部检察院组用，一个供市场部用等，大量的节约了硬件成本。
5.3LinuxXEN技术
可以在公司以后使用。
或者在一些客户中采用。
5.4VMWare和SWsoft的软件
还是卖给有钱人吧！
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