vmware、xen与microsoft虚拟化技术解析

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1、VMware、Xen与Microsoft虚拟化技术解析从体系结构上来说，X86平台本身并不是为支持多操作系统同时运行而设计的，这也就意味着虚拟化厂商被迫去克服硬件和软件两方面的限制，来分配和管理处理器、内存以及I/O资源。VMware已经在这个领域占据了优势，并不仅仅因为它是第一个在此领域提供虚拟化的厂商，而且因为它能够克服这些硬件问题，提供了一个可以使用的管理环境来处理大型虚拟化所固有的一些问题。　　目前，新一代AMD和Intel处理器中的虚拟化功能正在为有效的、基于hypervisor管理程序的x86系统虚拟化铺平道路，随之

2、重点也转向了如何使得处理器更加可靠。尽管我们看到VMware、Microsoft以及开源Xen是基于不同的hypervisor方法，但在这些hypervisor技术之间选择的重要性，远远不如应对大型虚拟化所提出的管理挑战更为关键。最终，真正的市场赢家必然是那些可以为把我们的物理环境转变为更多产的虚拟环境而提供很好功能的厂商。但是，为实现这个目标，首先代价都需要来自处理器厂商的帮助。　　老问题，新解决　　在目前我们所看到的两种主要服务器虚拟化选择中，基于hypervisor的服务器虚拟化比操作系统分区的方法提出了更多的问题。使用操

3、作系统分区的方法，主机操作系统提供了对所有资源的访问，消除了hypervisor中固有的很多问题，但用户只限于主机操作系统；基于Hypervisor的虚拟化提供了裸机支持多操作系统的灵活性，但引出了很多的技术挑战，需要大量的软件来处理与分配CPU、内存以及I/O资源有关的工作。　　幸运的是，AMD和Intel已经针对这些棘手的问题拿出了新的硬件应对解决方案。　　在保护模式下，x86处理器一共有4个不同优先级，术语称为Ring，从Ring0～Ring3。Ring0的优先级最高，Ring3最低。一般情况下，Ring0是被用于运行操作

4、系统内核，Ring1和Ring2是用于操作系统服务，Ring3则是用于应用程序。　　也就是说，在一个常规的x86操作环境中，操作系统是运行在受保护的ring0。在没有处理器辅助的虚拟化情况下，取而代之的是必须要ring0来运行VMM(VirtualMachineMonitor，虚拟机监视器)或hypervisor，来为VM以及它们的VOS(VirtualOS，虚拟操作系统)管理硬件资源。那么，CPU虚拟化的挑战就是要寻找一种方法使得操作系统正常运行在ring0之外的一个地方。　　为了解决这个问题，芯片辅助（chip-assist

5、ed）的虚拟化能够让一个新的、有超级特权的和受保护的ring1来运行VMM。这个新的位置使得VOS能够平静地共存于ring0，通信自动改变到ring1，而这些VOS并不知道它们与同一系统中的其他操作系统共享物理资源。　　这项主要的进步消除了操作系统的ring转换问题，也减少了虚拟化的费用，它可以为各种操作系统的虚拟化提供支持，而且并不需要对内核或运行时间做任何改变。尽管AMD和Intel选择了略微不同的方法来达到这个目标，不过令我们高兴的是，即使两公司的技术不能完全互换，我们也不担心，因为很多虚拟化提供商已经致力于这两种技术积极

6、展开工作。　　Intel公司首先出手的是其VT-x，它创建了ring1并提供了一套新指令来建立、管理和退出VM，就如同操作内存管理一样。VT-x与AMD-V（以前被称为Pacifica）芯片辅助技术有很多相似之处。在具有芯片辅助的处理器中，hypervisor驻留在ring1，并创建一个VM控制结构来支持新的VM。这提供了一种机制，可以根据需要来创建、重新分配以及撤销VM，其作用就如同是在VMM和大量VM之间场景转换的控制架构。　　很多虚拟机和它们的操作系统堆栈可以和平共处在ring0中；而每一个芯片上都类似地会有这些虚拟机VM

7、的控制器——Intel称之为VMX，而AMD则称之为SVM(secureVM)。更重要的是，允许虚拟的操作系统驻留在ring0还消除了ring转换的挑战。因为大量的指令是对位置敏感的，只被设计为在rings0和3之间转换，如果VOS位于ring0以外的其他地方，关键程序就可能出现不可预知的错误。　　现在，VM安全地位于ring0，为截取和校正VOS所引发的问题而必需的软件机制运行在错误的ring也无所谓了。当在虚拟的VM上出现问题的时候，处理器有能力转换控制器到受保护的VMM，它可以解决问题并把控制器返回给VM或者在不中断系统中

8、其他VM的情况下终止该问题。　　不过在这里也看到了AMD和Intel的技术分叉点，因为Intel处理器使用外部内存控制器，新的VT-x处理器修改并不只提供虚拟内存管理功能，这也就意味着仍然需要软件来处理物理和虚拟内存资源之间的地址转化。这并不是最理想的解决方案，