计算系统虚拟化-ssdcs

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1、一、虚拟化技术概述二、系统虚拟化三、多机虚拟化1虚拟化简介2虚拟化技术的发展与分类3虚拟化的相关研究内容4虚拟化的应用虚拟化是继互联网之后，又一个对整个信息产业有突破性的信息技术。萌芽于上世纪60年代，最初是应用于应用在大型主机上。随着软硬件水平的发展，虚拟化技术已经得到了大幅度提升和拓展。真实计算模式虚拟计算模式App.App.App.App.App.App.OSOSOSVirtualexecutionVirtualexecutionenvironmentenvironmentCPUHardDiskMemoryI/ODevicesCPUMemoryHardDis

2、kI/ODevicesPhysicalMachinePhysicalMachine虚拟内存技术•32位操作系统采用内存页面与外存间换入换出的办法，为系统的每个执行实体（进程）虚拟出4GB内存空间。处理器分时复用•现代多任务操作系统中，每个执行实体由操作系统调度，多个进程轮转执行，每个进程都会感觉自己独占处理器资源。打破了真实计算中软件与硬件之间的紧密耦合关系。当程序或软件本身发生变化时，以前购置的计算机硬件要么因为计算能力太强而变得浪费，要么因为计算能力不够而需要重新购买新硬件。Fidelity•这一特点强调应用程序在虚拟机上执行，除了时间因素外（会比在物理硬件上执行慢一些

3、），将表现（保真性）为与在物理硬件上相同的执行行为。Performance•这一特点强调在虚拟执行环境中应用程序的绝大多数指令能够在虚拟机管理器不干预的情况下，直接（高性能）在物理硬件上执行。Safety•物理硬件应该由虚拟机管理器全权管理，被虚拟出来的执行环境中的程序（包括操作系统）不得直接（安全性）访问硬件。虚拟计算是一种采用软硬件分区、聚合、部分或完全模拟、分时复用等方法来管理计算资源、构造一个或多个计算环境的技术。•1959年，计算机科学家ChristopherStrachey发表了一起篇名为《大型高速计算机中的时间共享》（TimeSharingin源LargeFas

4、tComputers）的学术报告，他在文中首次提出了虚拟化的基本概念，被认为是虚拟化技术的最早论述。IBM发明操作系统虚拟机技术，萌芽允许用户在一台主机上运行多个复兴操作系统，让用户尽可能地充分上世纪六、七十年代利用和共享昂贵的大型机资源上世纪九十年代末至今。加州大学圣地亚哥分校的仿真处上世纪七、八十年代理器P-code机，使P-code程序具有高度可移植性，能够运行在低谷任何具有P-code功能的虚拟机上。随着大规模集成电路的出现和个人电脑的普及，计算机硬件变得越来越便宜。当初为共享昂贵硬件而设计的虚拟化技萌芽术慢慢无人问津，而只是在高档服务器复兴（如IBM小型机）中继续存在

5、。上世纪六、七十年代上世纪九十年代末至今上世纪七、八十年代低谷萌芽复兴上世纪六、七十年代上世纪九十年代末至今上世纪七、八十年代低谷管理难度的增大计算理念的变化•随着处理能力的增强，计•在以用户为中心的服务计算机系统软硬件（TCO）算理念中，相对于硬件配管理开销也逐年增加。特置，人们更关心的是计算别是随着处理器多核化时系统能够为用户提供怎样代的到来、冗余计算资源的接口和提供怎样的服务，的引入，这一矛盾势必越以适应用户复杂和多样化来越尖锐。的需求。在此背景下，由于计算系统虚拟化技术既能够屏蔽底层复杂的物理环境，又能够为用户提供可配置的使用环境，就自然重新成为工业界和学术界的研究热点

6、。应用程序编程语言级虚拟化应用编程接口API程序库级虚拟化程序库系统调用SysCall操作系统级虚拟化操作系统指令集合ISA指令级虚拟化硬件硬件级虚拟化计算机系统通过纯软件方法，模拟出与实际运行的应用程序（或操作系统）所不同的指令集去执行优点：跨硬件平台缺点：性能损失较大典型系统：◦Bochs、Crusoe、QEMU、BIRD硬件抽象层面（HardwareAbstractionLayer，即HAL）虚拟化要求客户执行环境和主机具有相同指令集合绝大多数客户指令在主机上直接执行，从而大大地提高了执行的速度对一些特权指令（例如修改页表等操作）进行处理，执行时产生陷入并

7、将它传递给下层虚拟机管理器（VMM）执行典型系统名称特点VMwareWorkstation独立虚拟化技术VMwareGSXServer和基于主机操作系统的虚拟化VMwareESXServerMicrosoftVirtualPCUndodisk，不支持Linux等OSDenali使用半虚拟化（Para-virtualization）技术的轻量级虚拟机Xen半虚拟、轻量级事件机制代替IO中断、异步I/O环KVMLinux内核(V2.6.20)模块UserModeLinux在操作系统和用户空间之