虚拟化是什么

虚拟化是什么?


常用名词

宿主主机/Host Machine

首先,业界对于运行虚拟机的物理主机称为宿主主机,即 Host Machine,

宿主机操作系统/Host OS

而宿主主机所安装运行的操作系统城为宿主机操作系统,即 Host OS。

客户机/Gust Machine

运行在宿主机之上的虚拟机称为客户机,即 Gust Machine。

客户机操作系统/Guest OS

虚拟机安装运行的操作系统被称为客户机操作系统,即 Guest OS。

Hypervisor/VMM

位于 Host OS 和 Guest OS 之间的是所有虚拟化技术的核心——Hypervisor,也可以被称为VMM(Virtual Machine Manager)。


在物理架构下,主机只有两个层次,即硬件层 Host Machine 和操作系统层 Host OS,应用安装在 Host OS 之上;

在虚拟化架构下,主机内分为三个层次,硬件 Host Machine,其之上为虚拟化监视器 Hypervisor,之上创建虚拟机 Gust Machine,虚拟机之上是 Guest OS。应用安装在 Guest OS 之上。在一个 Host Machine 之上可以建立并运行多个 Gust Machine。


分类

根据 Hypervisor 的不同类型,我们将虚拟化分为 I 型和 II 型两种,也有其它的说法,比如把容器算成 III 型,由于容器暂不在本博文的讨论范围,所以,此处以 I 型和 II 型为准。


I 型虚拟化

也被称为裸金属虚拟化,Hypervisor 直接调用硬件资源,不需要底层 HostOS,或者说在 I 型虚拟化中,可以将 Hypervisor 看做一个定制的 Host OS,除了起到 VMM的作用外,一般不能在其上安装其它的应用。

Hypervisor 主要实现两个基本功能:首先是识别、捕获和响应虚拟机所发出的 CPU 特权指令或保护指令(特权指令和保护指令在 CPU 虚拟化中介绍);其次,它负责处理虚拟机队列和调度,并将物理硬件的处理结果返回给相应的虚拟机。

也就是说,Hypervisor 将负责管理所有的资源和虚拟环境。VMM 可以看作一个为虚拟化而生的完整操作系统,掌控有所有资源(CPU、内存和 I/O 设备)。VMM 承担管理资源的重任,其还需向上提供虚拟机 VM 用于运行 Guest OS,因此 VMM 还负责虚拟环境的创建和管理。

采用该结构的虚拟化产品主要有:VMWare ESX Server、Citrix XenServer 和FusionCompute 等。

I 型虚拟化有以下特点:

  • 优点:虚拟机不依赖于操作系统,支持多种操作系统,多种应用。
  • 缺点:虚拟层内核开发难度大。

II 型虚拟化

也被称为宿主型虚拟化,此模型的物理资源由 Host OS(例如 Windows, Linux etc.)管理,实际的虚拟化功能由 VMM 提供,而 VMM 作为底层操作系(Windows

或 Linux 等)上的一个普通应用程序,然后通过其再创建相应的虚拟机,共享底层服务器资源。

VMM 通过调用 Host OS 的服务来获得资源,实现 CPU、内存和 I/O 设备的虚拟化。VMM 创建出虚拟机 VM 后,通常将 VM 作为 Host OS 的一个进程参与调度。

采用该虚拟化产品主要有:VMware Workstation、Virtual PC 等。

II 型虚拟化有以下特点:

  • 优点:简单、易于实现。
  • 缺点:安装和运行应用程序依赖于主机操作系统对设备的支持。管理开销较大,性能损耗大。

III 型虚拟化

容器

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