Xen虚拟化技术提升软硬件性能

日期: 2008-02-28 来源:TechTarget中国

  虚拟化的概念是把一个主机分割成多个操作系统的虚拟机(VMs)来支持并发程序,虚拟化以硬件和软件的方式出现。IBM在上世纪60年代应用System 360/67 技术引入了硬件虚拟化而且将继续在其z/VM大型主机操作系统上开发软件虚拟化。目前对虚拟化的信任主要来自Microsoft、VMware 和开源项目 Xen(应用于X86和X64)。


  虚拟化是目前在所有的IT行业最热点的话题之一。为什么呢?每个VM可以有一个或多个负载同时多个VM可以存在于一个主机上这样就可以增加服务器利用率,减小硬件开销和潜在的软件授权许可成本。UNIX的主机利用率典型情况下只有15%-20%之间,其它的服务器特别是Windows的主机没有被充分利用,因为它们被设置成只运行一个应用程序。


  IDC预测虚拟化应用上的花费2009年在世界范围内将达到150亿美元。其中大部分的花费是在运行虚拟化软件的硬件设备。IDC同时预测所有员工超过 500人的公司中有75%将会部署虚拟服务器-运行虚拟化软件的服务器。S/390, OS/400 和UNIX系统占了大部分到用户在虚拟化方面的花费,但是基于X86/X64的Linux和Windows系统的虚拟化费用将会显著增长。


  虚拟机架构
 
  软件虚拟化是由一层虚拟化软件实现的,也就是VM监视器它实现了对很多VM的实现。一个VM包括客户操作系统,一个或多个安装的应用程序,管理工具,防病毒软件和其它的工具.每个VM 拥有主机的部分或全部功能,客户操作系统主机操作系统的驱动程序和其它功能。


  主机系统分区来支持并发执行多个操作系统的功能带来很多挑战:


  VM必须彼此隔离;
 
  支持不同操作系统来容纳流行应用程序的异构性是十分重要的;


  花费在虚拟化方面的花销尽可能小。 


  当今处于主导地位的VM架构已经显示在图1中,虚拟化软件层管理主机和客户操作系统间的资源。开源的Xen2.0和微软的Virtualization Server 2005 是虚拟化软件层的两个例子。


  hypervisor是一个集成在主机操作系统(Windows/Linux)中的虚拟化软件。在基于hypervisor的环境中, hypervisor将在主机系统中首先引导。hypervisor可以被看做是在硬件和虚拟资源例如CPU和内存的上层结构。


  虚拟化实现


  在传统上虚拟化实现中一个VM拥有主机的全部功能。这被称作完全虚拟化。
  它有一个优势就是不用修改客户操作系统。VMware ESX 是完全虚拟化的例子。但是这样有很多问题: 一些操作系统超级用户的指令必须被VMM正确的虚拟化,这可能导致一些操作如创建一个新的进程的性能开销严格的很大。


  另外一个实现虚拟化的方法是部分虚拟化。部分虚拟化通过充分利用底层硬件相似而不完全相同的VM抽象层来避免性能的缺陷。一般来说实现部分虚拟化需要客户操作系统在运行前被修改。这种方法禁止独立客户操作系统和虚拟化软件层的独立性,这样就不需要修改应用程序。Xen的hypervisor是基于部分虚拟化。


  AMD和Intel对虚拟化的支持


  AMD和Intel提供了一套的系统硬件提升:虚拟化技术和Pacifica 它们能在正确配置的系统中帮助提升虚拟化解决方案。目前的处理器架构中所有的软件运行在一个带有4个特权环上(环0到环3)。传统上操作系统运行在环0,应用程序运行在处理器环。


  因为虚拟化软件层必须拥有系统平台资源的优先级控制,在VT技术之前的一般解决方式是运行虚拟化软件层在环0,客户操作系统运行在低优先级的环1和环3 上。不用详细说明VT的醒目特征是它使得客户操作系统运行在处理器环0同时虚拟化软件层运行在它的下层环-1。


  结论


  随着销售商为了试图保持竞争优势而加速它们改变虚拟化许可的进程虚拟化软件市场竞争已经白热化。Noell有更简单的虚拟化策略和比微软和RedHat更低的价格。它的虚拟化许可证策略从2004年八月SUSE Linux Enterprise Server 9的发行已经生效,在一个物理处理器或服务器上的系统镜像不会改变SUSE Linux Enterprise Server 9的授权测率。


  例如:如果Vmware的虚拟化的软件安装在拥有两个处理器的Windows Server 2003上的时候,就可以利用一个SUSE Linux Enterprise Server 9两服务器的授权同时运行一个或多个SUSE Linux Enterprise Server 9客户操作系统。如果有一个安装有Xen的SUSE Linux Enterprise Server 9服务器,就可以运行任何数量的SUSE Linux Enterprise Server 9而仅用一个SUSE Linux Enterprise Server 9的授权。也就是说一个授权可以覆盖一个主机SUSE Linux Enterprise Serve和多个客户SUSE Linux Enterprise Serve。


  Novell不但在微软和RedHat发布它们的管理程序技术之前运用了它的简单和低价的虚拟化策略,Novell在2006年初在它选定的企业用户中应用他所支持的Xen3.0 hypervisor技术预览版。RedHat会在RHEL5中集成Xen3.0中集成hypervisor技术这将会比Novell晚大约6个月,同时微软将会在2008年底或2009年Windows Longhorn第二版中加入hypervisor技术。

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