主流的四大虚拟化架构对比分析

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1、主流四大虚拟化架构对比分析云计算平台需要有资源池为其提供能力输出，这种能力包括计算能力、存储能力和网络能力，为了将这些能力调度到其所需要的地方，云计算平台还需要对能力进行调度管理，这些能力均是由虚拟化资源池提供的。云计算离不开底层的虚拟化技术支持。维基百科列举的虚拟化技术有超过60种，基于X86(CISC)体系的超过50种，也有基于RISC体系的，其中有4种虚拟化技术是当前最为成熟而且应用最为广泛的，分别是：VMWARE的ESX、微软的Hyper-V、开源的XEN和KVM。云计算平台选用何种虚拟化技术将是云计算建设

2、所要面临的问题，文章就4种主流虚拟化技术的架构层面进行了对比分析。　　形成资源池计算能力的物理设备，可能有两种，一种是基于RISC的大/小型机，另一种是基于CISC的X86服务器。大/小型机通常意味着高性能、高可靠性和高价格，而X86服务器与之相比有些差距，但随着Inter和AMD等处理器厂商技术的不断发展，原本只在小型机上才有的技术已经出现在了X86处理器上，如64位技术、虚拟化技术、多核心技术等等，使得X86服务器在性能上突飞猛进。通过TPC组织在2011年3月份所公布的单机计算机性能排名中可以看出，4路32核

3、的X86服务器性能已经位列前10名，更重要的是X86服务器的性价比相对小型机有约5倍的优势。因此，选择X86服务器作为云计算资源池，更能凸显出云计算的低成本优势。　　由于单机计算机的处理能力越来越大，以单机资源为调度单位的颗粒度就太大了，因此需要有一种技术让资源的调度颗粒更细小，使资源得到更有效和充分的利用，这就引入了虚拟化技术。当前虚拟化技术中主流和成熟的有4种：VMWARE的ESX、微软的Hyper-V、开源的XEN和KVM，下面将针对这4种虚拟化技术的架构进行分析1虚拟化架构分析从虚拟化的实现方式来看，虚拟化

4、架构主要有两种形式：宿主架构和裸金属架构。在宿主架构中的虚拟机作为主机操作系统的一个进程来调度和管理，裸金属架构下则不存在主机操作系统，它是以Hypervisor直接运行在物理硬件之上，即使是有类似主机操作系统的父分区或Domain0，也是作为裸金属架构下的虚拟机存在的。宿主架构通常用于个人PC上的虚拟化，如WindowsVirtualPC，VMwareWorkstation，VirtualBox，Qemu等，而裸金属架构通常用于服务器的虚拟化，如文中提及的4种虚拟化技术。(一)ESX的虚拟化架构ESX是VMwar

5、e的企业级虚拟化产品，2001年开始发布ESX1.0，到2011年2月发布ESX4.1Update1。　　ESX服务器启动时，首先启动LinuxKernel，通过这个操作系统加载虚拟化组件，最重要的是ESX的Hypervisor组件，称之为VMkernel，VMkernel会从LinuxKernel完全接管对硬件的控制权，而该LinuxKernel作为VMkernel的首个虚拟机，用于承载ESX的serviceConsole，实现本地的一些管理功能。　　VMkernel负责为所承载的虚拟机调度所有的硬件资源，但不同

6、类型的硬件会有些区别。　　虚拟机对于CPU和内存资源是通过VMkernel直接访问，最大程度地减少了开销，CPU的直接访问得益于CPU硬件辅助虚拟化(IntelVT-x和AMDAMD-V，第一代虚拟化技术)，内存的直接访问得益于MMU(内存管理单元，属于CPU中的一项特征)硬件辅助虚拟化(IntelEPT和AMDRVI/NPT，第二代虚拟化技术)。　　虚拟机对于I/O设备的访问则有多种方式，以网卡为例，有两种方式可供选择：一是利用I/OMMU硬件辅助虚拟化(IntelVT-d和AMD-Vi)的VMDirectPat

7、hI/O，使得虚拟机可以直接访问硬件设备，从而减少对CPU的开销；二是利用半虚拟化的设备VMXNETx，网卡的物理驱动在VMkernel中，在虚拟机中装载网卡的虚拟驱动，通过这二者的配对来访问网卡，与仿真式网卡(IntelE1000)相比有着较高的效率。半虚拟化设备的安装是由虚拟机中VMwaretool来实现的，可以在Windows虚拟机的右下角找到它。网卡的这两种方式，前者有着显著的先进性，但后者用得更为普遍，因为VMDirectPathI/O与VMware虚拟化的一些核心功能不兼容，如：热迁移、快照、容错、内存

8、过量使用等。　　ESX的物理驱动是内置在Hypervisor中，所有设备驱动均是由VMware预植入的。因此，ESX对硬件有严格的兼容性列表，不在列表中的硬件，ESX将拒绝在其上面安装。(一)Hyper-V的虚拟化架构Hyper-V是微软新一代的服务器虚拟化技术，首个版本于2008年7月发布，目前最新版本是2011年4月发布R2SP1版，Hyper-V有两种