[操作系统] 计算机资源虚拟化技术

1 定义:计算机资源虚拟化

  • 服务器虚拟化主要通过软件技术物理服务器硬件资源抽象化 ,创建多个独立的虚拟服务器环境

2 虚拟化技术方向

以下是一些常见的服务器虚拟化方式和工具:

基于hypervisor的虚拟化

  • Hypervisor技术: 也称为虚拟机监视器Virtual Machine MonitorVMM),是一种运行在物理服务器和操作系统之间的软件。

它允许多个操作系统在同一台物理服务器上同时运行。Hypervisor提供了虚拟化技术的核心功能,使得每个操作系统实例(即虚拟机)都能够独立运行,就像它们各自运行在独立的物理机器上一样。
根据Hypervisor宿主操作系统的关系,它们可以分为两大类:

  • Type-1 Hypervisor(裸机Hypervisor):直接运行在物理硬件之上,不依赖于宿主操作系统

这种类型的Hypervisor提供了更好的性能和资源利用率,因为它们直接控制硬件资源。

常见的实现方案有: VMware vSphere ESXi、Microsoft Hyper-V和Citrix XenServer。

  • Type-2 Hypervisor(宿主型Hypervisor):运行在宿主操作系统之上

常见的实现方案有: VMware Workstation 和 Oracle VirtualBox。

这种类型的Hypervisor通常用于个人电脑或开发环境,因为它们不需要直接访问硬件资源。
Hypervisor是现代数据中心和云计算环境中的关键技术,它们使得服务器资源的利用更加灵活和高效,同时也支持了虚拟化技术的发展。

  • Hypervisor的主要功能:
  1. 资源管理:Hypervisor管理着物理服务器的资源(如CPU、内存、存储和网络接口),并将其分配给各个虚拟机。
  2. 隔离性:Hypervisor确保各个虚拟机之间的操作是相互隔离的,一个虚拟机的故障或安全问题不会影响到其他虚拟机。
  3. 调度:Hypervisor负责CPU时间的分配,确保各个虚拟机能够公平地访问CPU资源。
  4. 设备模拟:Hypervisor模拟硬件设备,使得虚拟机可以像在真实硬件上一样运行。
  5. 安全性:Hypervisor提供了一个安全的环境,可以防止虚拟机之间的相互干扰。

操作系统级虚拟化

  • 在操作系统层面上实现虚拟化,通过在单个操作系统 【内核】中创建多个独立的用户空间实例

这种方式的优点是资源利用率高、启动速度快,但隔离性相对较弱

常见的实现方案有: Linux容器(如Docker)和Solaris Zones等

3 虚拟化工具

常见的服务器虚拟化工具

  • VMware vSphere/ESXi:企业级虚拟化平台,提供数据中心虚拟化产品和应用程序及基础架构管理工具
  • Microsoft Hyper-V:作为Windows Server的组成部分,提供基于Hypervisor的服务器虚拟化技术
  • Citrix XenServer:基于开源Xen系统管理程序的服务器虚拟化系统,提供接近裸机的性能
  • Red Hat Virtualization (RHV):基于KVM的虚拟化平台,适用于企业级环境
  • Oracle VM:提供可伸缩、低成本的服务器虚拟化
  • Proxmox VE:基于Debian的开源虚拟化平台,结合了KVM和LXC技术,提供易于使用的Web界面和丰富的管理功能
  • KVM (Kernel-based Virtual Machine):开源免费,直接集成到Linux内核,性能高效

注:支持基于JVM,虚拟化 Windows

这些工具和方式各有特点,适用于不同的场景和需求,可以根据具体的业务需求选择合适的虚拟化解决方案。

Y FAQ

Q: VirtualBox vs. VMware Workstation 的区别?

  • VirtualBoxVMware是两种不同的虚拟化软件,它们之间有以下比较 :
    • 开源 vs 商业:VirtualBox是开源的,VMware是商业产品。
    • 适用场景:VirtualBox适合个人和小型企业,VMware适合大型企业和数据中心。
    • 性能:VMware Workstation Pro性能较高,特别在3D加速方面。
    • 管理功能:VMware功能更强大,VirtualBox较弱。
    • 限制:VirtualBox对虚拟机有一些限制,如CPU核心数等。

详情参见: 再议 VirtualBox 与 VMware 对比,VirtualBox 没有你想的那么不堪 - dev.leiyanhui.com

  • VirtualBox
shell 复制代码
svn co https://www.virtualbox.org/svn/vbox/trunk vbox
  • VMware

https://www.vmware.com/products/desktop-hypervisor/workstation-and-fusion
https://support.broadcom.com/group/ecx/productfiles?subFamily=VMware%20Workstation%20Pro

Q:如果按cpu模拟与否来分类虚拟化技术,可以怎么划分?

  • 用代码来模拟cpu的: qemu,bochs,pcem,模拟更彻底,适合操作系统的编程和研究。

运行速度稍慢,是代码模拟cpu的必然结果,一般用户会计较速度。但对于底层编程的程序员来说,第一类适应性最广,可以在x86机型上跑出其它各种cpu,是第二类做不到的。

  • 直接使用主机cpu的:vmware,virtualbox,kvm,适合跑一般软件。

至于vmware和virtualbox之间的差别,就目前当然还是vmware性能更好,细分功能更多,诸如商业服务器都是选择vmware。

X 参考文献

虚拟化技术的发展过程 / Virtual Machines VS. Docker

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