1、系統(tǒng)虛擬化技術(shù)介紹,計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,Contents,VMM（Virtual Machine Monitor）,系統(tǒng)虛擬化,豐富多彩的虛擬化,虛擬化概念的內(nèi)涵,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)虛擬化的任務(wù),2/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,廣泛的虛擬化概念,虛擬內(nèi)存 虛擬服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 微處理器虛擬化 文件虛擬化 存儲(chǔ)虛擬化 更廣泛環(huán)境中或更高級(jí)抽象 任務(wù)虛擬化和信息虛擬化,3/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,虛擬化概念的內(nèi)涵,抽象：虛擬化是資源的邏輯表示 具體：在系統(tǒng)中加入虛擬化層，將下層資源抽象成另一種形式供上層使用,API抽象：創(chuàng)建新進(jìn)程

2、，內(nèi)存申請、歸還，進(jìn)程同步、共享，文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作。 硬件抽象：CPU各寄存器，內(nèi)存管理模塊，I/O端口，內(nèi)存映射，I/O地址。,4/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,豐富多彩的虛擬化,Host(宿主) 通常做為物理資源的定語。如將一個(gè)物理計(jì)算機(jī)虛擬為一個(gè)或多個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)，則這個(gè)物理計(jì)算機(jī)通常被稱為宿主機(jī),兩個(gè)重要概念,Guest(客戶) 通常做為虛擬出來的資源的定語。如將一個(gè)物理計(jì)算機(jī)虛擬為一個(gè)或多個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)，則其上進(jìn)行的虛擬機(jī)通常被稱為客戶機(jī),5/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,豐富多彩的虛擬化,硬件抽象層的虛擬化 操作系統(tǒng)層的虛擬化 庫函數(shù)層的虛擬化 編程語言層

3、的虛擬化,6/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,豐富多彩的虛擬化,硬件抽象層的虛擬化VMware,Xen 通過虛擬硬件抽象層來實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)，為客戶操作系統(tǒng)呈現(xiàn)相同或相近的硬件抽象層 通常宿主機(jī)和客戶機(jī)指令集(ISA )相同，其他部分如中斷控制器，設(shè)備等可以完全不同 操作系統(tǒng)層的虛擬化Linux(Vserver) 操作系統(tǒng)的內(nèi)核可以提供多個(gè)相互隔離的用戶態(tài)實(shí)例，獨(dú)立的文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)置和庫函數(shù) 非常高效，虛擬化資源的性能開銷小，不需硬件特殊支持，但靈活性較小，容器間比較粗粒度的隔離,7/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,豐富多彩的虛擬化,庫函數(shù)層的虛擬化WINE(windo

4、ws) 庫函數(shù)操作系統(tǒng)提供給應(yīng)用程序的一組服務(wù)，如文件操作服務(wù)，時(shí)間操作服務(wù)等 庫函數(shù)虛擬化虛擬操作系統(tǒng)的應(yīng)用級(jí)庫函數(shù)，使應(yīng)用程序能夠跨平臺(tái)運(yùn)行 編程語言層的虛擬化JVM,CLR 語言虛擬機(jī)，運(yùn)行進(jìn)程級(jí)別的作業(yè) 針對(duì)的不是硬件上存在的體系結(jié)構(gòu)，而是一個(gè)虛擬的體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)由支持系統(tǒng)翻譯為硬件上的機(jī)器語言再執(zhí)行,8/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,系統(tǒng)虛擬化,系統(tǒng)虛擬化是指將一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)虛擬化為一臺(tái)或多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 客戶機(jī)擁有獨(dú)立的虛擬硬件 客戶機(jī)操作系統(tǒng)獨(dú)占一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行 客戶機(jī)操作系統(tǒng)可以完全不同，并完全獨(dú)立,9/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,系統(tǒng)虛擬化,1

5、974年，Popek 和Goldberg 二人定義：虛擬機(jī)可以看作是物理機(jī)的一種高效隔離的復(fù)制 三層意思：同質(zhì)，高效和資源受控 同質(zhì)是指虛擬機(jī)的運(yùn)行環(huán)境和物理機(jī)環(huán)境在本質(zhì)上需要是相同的，但表現(xiàn)可以不同 高效是指虛擬機(jī)中運(yùn)行的軟件需要有接近物理機(jī)上直接運(yùn)行的性能 資源受控是指VMM 需要對(duì)系統(tǒng)資源有完全控制能力 和管理權(quán)限,包括資源的分配監(jiān)控和回收,10/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,系統(tǒng)虛擬化的好處,11/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,系統(tǒng)虛擬化的任務(wù),12/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,處理器虛擬化,中斷及異常的注入,對(duì)稱多處理器技術(shù)的模擬,VMM對(duì)

6、于異常的虛擬化需要完全遵照物理處理器對(duì)于各種異常條件的定義，再根據(jù)虛擬處理器當(dāng)時(shí)的內(nèi)容，來判斷是否需要模擬出一個(gè)虛擬的異常，并注入到虛擬環(huán)境中,13/22,VMM選擇第一個(gè)虛擬處理器做BSP，其他虛擬處理器為AP，把所有處理器都初始化為某種狀態(tài)。當(dāng)啟動(dòng)初始到某個(gè)時(shí)刻，AP需要收到某種初始化信號(hào)被喚醒,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,客戶機(jī)操作系統(tǒng)認(rèn)為內(nèi)存是連續(xù)的或至少是大粒度連續(xù)(大于等于256M),客戶機(jī)操作系統(tǒng)認(rèn)為內(nèi)存都是從0開始的,GPA=f1(GVA) HPA=f2(GPA) HPA=f2(f1(GVA),內(nèi)存虛擬化,問題1,問題2,解決,14/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛

7、擬化介紹,I/O虛擬化,I/O虛擬化,15/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,VMM的功能和組成,16/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,VMM的功能和組成,17/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,VMM的功能和組成,18/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,VMM分類虛擬平臺(tái)分類,完全虛擬化 軟件輔助的完全虛擬化 優(yōu)先級(jí)壓縮 二進(jìn)制代碼翻譯 硬件輔助的完全虛擬化 Intel-VT、AMD-V 類虛擬化,19/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,VMM分類實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分類,DM：設(shè)備模型；DR：設(shè)備驅(qū)動(dòng)；P：處理器管理代碼；M：內(nèi)存管理代碼,20/22,2010/04/01,系統(tǒng)虛擬化介紹,典型虛擬化產(chǎn)品,VMware VMware ESX Server,VMware (GSX) Server,VMware Workstation,VMware Fusion Microsoft Virtual Server,Windows Server 2008,Virtual PC, SoftGrid, Terminal Service,Windows Storage Se