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Linux操作系统及阳台设想化本事漫谈彩世界网址

2019-09-19 07:37

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  虚拟化—老树开新花

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也许大家都知道,虚拟化起源于大型机,起源于对分时系统的需求。在1959年的国际信息处理大会上,一篇名为《大型高速计算机中的时间共享》被认为是虚拟化技术的最早论述。到了上世纪60年代,“虚拟化”被作为术语创造出来并使用至今。当时虚拟化是指一台虚拟机(当时也称为伪机),用来描述在IBM M44/44X系统上建立虚拟机(之前也被称为伪机 )。而建立和管理虚拟机在当时被称为虚拟化平台,或更多人称之为服务器虚拟化。

  运行在hypervisor上面的实体被称为虚拟机,即VM,是用来放置操作系统、应用和数据元的“容器”。虚拟机中的操作系统和应用程序的数据被存储在虚拟磁盘中,hypervisor利用虚拟磁盘来启动虚拟化平台。虚拟机被封装为一个文件,这样比分布式的文件更好管理。

Linux虚拟化技术基础

首个虚拟化系统:IBM 的M44/44X是IT历史上第一台虚拟化系统,这是位于纽约约克镇高地的托马斯J ·沃森研究中心设计、运营的一台实验性计算机系统。它是基于对IBM的7044 (即'M44'),模拟多个7044虚拟机-即'44X’。 IBM M44/44X是一个突破性的机器,用来探索传呼,虚拟机概念,和计算机性能的测量。

    早期的虚拟化模型被称为Type 1,或者叫本地虚拟化(native virtualization),这种模型下hypervisor直接运行在硬件之上,在hypervisor上面是虚拟机。后来出现了主机虚拟化(hosted virtualization)模式,被称为Type 2,hypervisor运行在操作系统之上,在同一平台上允许两个或更多的操作系统共存。

解决这个问题的一个方法就是让Guest操作系统意识到自身是被虚拟化的,这种形式被称作半虚拟化para-virtualization),如下图,在这种模式下,Guest系统包含了缩短硬件访问过程所需的驱动程序,这让把Guest系统从不必要的工作中解放出来,来进行更高级别的工作。

1967年至1972年,完全虚拟化 (Full virtualization)成为现实。IBM的另一台研究体系CP-40首次向外界展示并证明了其CP/CMS操作系统的控制程序能够进行完全虚拟化。通过分布式开放源码系统,CP-40可以为每个的CP / CMS的用户提供了一个模拟的,独立的计算机。也正是从这个时间开始,IBM的虚拟机家族稳步前进。每一个这样的虚拟机有基本的计算机的完整功能,并且,虚拟机(与它的用户)无法区分与个人系统的区别。其结果便是,一台CP-40可同以时由多个用户进行复用,允许在一台主机上运行多个操作系统,让用户尽可能地充分利用昂贵的大型机资源。

  在硬件层之上,独立于操作系统的一层软件被称之为hypervisor,或者叫做虚拟机监视器。hypervisor创建了虚拟化平台,而操作系统实例则运行在这个平台上,这使得硬件平台可以被多个操作系统和应用所共享,从而降低硬件的成本。

了解了有关虚拟化的一些基本知识后,我们进入正题,来讨论一下Linux虚拟化的一些知识。首先是模拟Emulation),是将一个操作系统Host)的服务转换并显示成另一个操作系统Guest)的过程,Host和Guest系统不一定是相同的,比如,Host系统可能是x86平台,可以提供PowerPC平台的模拟,即使是指令和架构完全不相同。

  第一个虚拟化系统

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两种平台虚拟化方式

一夜之间,IT业仿佛实现了飞跃性的跨越:从虚拟化到达了云计算的境界,在这场演进中,我们一直看到的是IBM这个蓝色巨人的影子,从业界第一台应用虚拟化的大型机,到目前IBM拥有虚拟化领域最完整和最领先的解决方案,从硬件虚拟化到虚拟化软件和管理,再到新一代数据中心,甚至基于虚拟化的云计算基础架构,IBM在帮助企业整合资源,管理工作负载,自动化流程和优化服务交付能力方面一直走在前端。

  虚拟化包含多个层面,比如硬件虚拟化,这种虚拟化从底层的硬件平台直接支持软件环境;另外一种是操作系统虚拟化,这是Linux的一个亮点。

本地虚拟化和主机虚拟化模型

完全虚拟化将硬件与软件一同整合变为可能,迈出这一步的仍然是IBM,1972年,IBM公司在著名的System/360基础上增加了系统硬件的虚拟内存功能,这也就是 IBM System/370。随后,VM 继续发展,今天,你能够在 System z9 主机上发现 VM, 它甚至能够向后兼容到 System/360。

  当我们讨论虚拟化解决方案的时候,常常都要提到具体厂商的具体产品,但是当我们提及Linux虚拟化解决方案的时候,我们更乐意讨论广泛而多样化的开源生态系统。Linux支持多种虚拟化平台,并延伸出多种技术,同样也是一个完整方案的一个元素。

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  虚拟化Linux可以通过很多技术来实现,包括从平台到操作系统虚拟化。实际上,Linux可以说是唯一一个具有广泛虚拟化解决方案的操作系统。在本文中,我们将讨论实现Linux虚拟化的多种方式,以及Linux下的多种虚拟化解决方案。

更加传统的虚拟化解决方案是平台虚拟化,或者叫做硬件虚拟化,具有两种主要的形式,完全虚拟化 full-virtualization)和半虚拟化para-virtualization)。

    虽然虚拟化现在如此的流行,但虚拟化不是一个新的技术,早在半个世纪之前IBM就已经开始部署虚拟化。最早虚拟化技术是在IBM M44计算机上进行实验,然后在IBM System/360大型机产品上开始普及。最早的真正意义上的整体应用虚拟化的硬件平台是IBM CP-40系统,在上世纪60年代末被用在商业应用上。

平台虚拟化

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本地虚拟化和主机虚拟化模型

关于Linux虚拟化的优势我们大家已经有所了解。目前使用最多的虚拟化操作系统还是Windows系列,但是Linux的成长速度是惊人的,大有替代Windows的趋势。关于Linux虚拟化技术大致上可以分为六个不同的方式。在本文中,我们将讨论实现Linux虚拟化的这六种方式,以及Linux下的多种虚拟化解决方案。

虚拟化模型中的模拟过程

虽然虚拟化现在如此的流行,但虚拟化不是一个新的技术,早在半个世纪之前IBM就已经开始部署虚拟化。最早虚拟化技术是在IBM M44计算机上进行实验,然后在IBM System/360大型机产品上开始普及。最早的真正意义上的整体应用虚拟化的硬件平台是IBM CP-40系统,在上世纪60年代末被用在商业应用上。

在完全虚拟化下虚拟机VM会把虚拟平台当作物理平台,工作在虚拟平台上的Guest操作系统驱动就好像运行在真实的硬件之上。但需要考虑这意味着什么,Guest操作系统和虚拟平台之间通讯就好像和真实平台一样,在hypervisor里面存在着另外一个模拟层,模拟硬件平台并转发虚拟机对硬件的访问,就好像虚拟机直接在使用真实的硬件。这个过程需要大量的处理,会限制Guest系统的I/O性能。

Linux中最流行的两个模拟器emulator)包括QEMU和Bochs处理器和平台模拟器)。这种解决方案的优点是它们是非常“轻便的”,可以支持在不同的Host操作系统和平台上运行不同的Guest操作系统。而这种解决方案的缺点在于由于要模拟指令,导致效率比较低。QEMU通过动态编码转换的模拟方式,让内核和内部用户代码可以被加速。另外,QEMU是一个很好的嵌入式平台开发工具,可以为与主机相异的CPU开发和测试代码。QEMU还可以被用来其他虚拟化解决方案来进行设备模拟。

虚拟化包含多个层面,比如硬件虚拟化,这种虚拟化从底层的硬件平台直接支持软件环境;另外一种是操作系统虚拟化,这是Linux的一个亮点。

当我们讨论虚拟化解决方案的时候,常常都要提到具体厂商的具体产品,但是当我们提及Linux虚拟化解决方案的时候,我们更乐意讨论广泛而多样化的开源生态系统。Linux支持多种虚拟化平台,并延伸出多种技术,同样也是一个完整方案的一个元素。

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在硬件层之上,独立于操作系统的一层软件被称之为hypervisor,或者叫做虚拟机监视器。hypervisor创建了虚拟化平台,而操作系统实例则运行在这个平台上,这使得硬件平台可以被多个操作系统和应用所共享,从而降低硬件的成本。

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早期的虚拟化模型被称为Type 1,或者叫本地虚拟化native virtualization),这种模型下hypervisor直接运行在硬件之上,在hypervisor上面是虚拟机。后来出现了主机虚拟化hosted virtualization)模式,被称为Type 2,hypervisor运行在操作系统之上,在同一平台上允许两个或更多的操作系统共存。

虽然完全虚拟化是一个理想的方案,但是通过修改Guest操作系统可以最大限度的减少处理开销,获得相当大的性能提升。

另外,hypervisor的模拟器emulator)可以提供多个平台的模拟,比如下面的图例,在Host系统上可以仿真出PowerPC和ARM系统。模拟过程并不仅限于Type 2虚拟化模型,在虚拟化技术中都存在这个过程。

运行在hypervisor上面的实体被称为虚拟机,即VM,是用来放置操作系统、应用和数据元的“容器”。虚拟机中的操作系统和应用程序的数据被存储在虚拟磁盘中,hypervisor利用虚拟磁盘来启动虚拟化平台。虚拟机被封装为一个文件,这样比分布式的文件更好管理。

完全虚拟化,虚拟化平台通过hypervisor来承载虚拟机VM),完全虚拟化的关键在于这些虚拟机,也就是运行在这些虚拟机里面的操作系统可以在hypervisor上运行,并且不被修改,这在需要一个真正的虚拟平台时是非常理想的,但这种模式具有一个缺点。

虚拟化—老树开新花

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