主流虛擬化軟件介紹

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前主流的虛擬化軟件包括KVM、Xen、Hyper-V、Vmware ESXI、QEMU等，主流軟件其功能方面做的都還不錯(cuò)，尤其是在Intel提供了VT技術(shù)之后，虛擬化軟件都做的很***。

KVM

KVM是什么？ KVM全稱是Kernel-based Virtual Machine，即基于內(nèi)核的虛擬機(jī)。

KVM是集成到Linux內(nèi)核的Hypervisor，是X86架構(gòu)且硬件支持虛擬化技術(shù)（Intel VT或AMD-V）的Linux的全虛擬化解決方案。它是Linux的一個(gè)很小的模塊，利用Linux做大量的工作，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理與硬件設(shè)備交互等。

Xen

Xen 是***類運(yùn)行在裸機(jī)上的虛擬化管理程序(Hypervisor)。它支持全虛擬化和半虛擬化，Xen支持hypervisor和虛擬機(jī)互相通訊，而且提供在所有Linux版本上的免費(fèi)產(chǎn)品，包括Red Hat Enterprise Linux和SUSE Linux Enterprise Server。

Xen最重要的優(yōu)勢(shì)在于半虛擬化，此外未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)也可以直接在xen上運(yùn)行(如Windows)，能讓虛擬機(jī)有效運(yùn)行而不需要仿 真，因此虛擬機(jī)能感知到hypervisor，而不需要模擬虛擬硬件，從而能實(shí)現(xiàn)高性能。

Xen 最初是作為劍橋大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目，目前 xen.org 社區(qū)在負(fù)責(zé)它的開(kāi)發(fā)及維護(hù)，它已經(jīng)在開(kāi)源社區(qū)中得到了極大的發(fā)展。Xen 是一種直接運(yùn)行在硬件之上軟件，它可以讓電腦硬件上同時(shí)跑多個(gè)用戶的操作系統(tǒng)。由于對(duì) x86, x86-64, Itanium, Power PC, 和 ARM 這些處理器的支持，所以 Xen 管理工具可以支持的操作系統(tǒng)有 Linux, NetBSD，F(xiàn)reeBSD，Solaris, Windows 和其他一些運(yùn)行在 XEN 上的正常的操作系統(tǒng)。 如下圖所示 Xen 在系統(tǒng)中的位置：

Xen 目前具有以下幾種產(chǎn)品：

Xen Hypervisor — 后面會(huì)詳細(xì)講解，在此不作贅述。會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換有問(wèn)題；

XCI — 一種嵌入式管理工具，在 Xen Hypervisor 的基礎(chǔ)之上修改而來(lái)，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 Xen Hypervisor，它使用的庫(kù)更小，目前主要用在筆記本以及一些移動(dòng)設(shè)備上，可以使用 Intel 或者 AMD 的架構(gòu)；

Xen Cloud Platform — 目前它為 ISVs 和服務(wù)提供商提供了一套基于強(qiáng)大的管理?xiàng)５脑萍軜?gòu)平臺(tái)，這個(gè)棧是基于開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn) API；

Hyper-V

Hyper-V 是微軟提出的一種系統(tǒng)管理程序虛擬化技術(shù)，采用微內(nèi)核的架構(gòu)，兼顧了安全性和性能的要求。Hyper-V 底層的 Hypervisor 運(yùn)行在***的特權(quán)級(jí)別下，微軟將其稱為 ring 1（而 Intel 則將其稱為 root mode），而虛機(jī)的 OS 內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在 ring 0，應(yīng)用程序運(yùn)行在 ring 3 下，這種架構(gòu)就不需要采用復(fù)雜的 BT（二進(jìn)制特權(quán)指令翻譯）技術(shù)，可以進(jìn)一步提高安全性。從架構(gòu)上講 Hyper-V 只有“硬件－Hyper-V－虛擬機(jī)”三層，本身非常小巧，代碼簡(jiǎn)單，且不包含任何第三方驅(qū)動(dòng)，所以安全可靠、執(zhí)行效率高，能充分利用硬件資源，使虛擬機(jī) 系統(tǒng)性能更接近真實(shí)系統(tǒng)性能。架構(gòu)圖如下:

Hyper-V 支持分區(qū)層面的隔離。分區(qū)是邏輯隔離單位，受虛擬機(jī)監(jiān)控程序支持，并且操作系統(tǒng)在其中執(zhí)行。Microsoft 虛擬機(jī)監(jiān)控程序必須至少有一個(gè)父 / 根分區(qū)，用于運(yùn)行 64 位版本的 Windows Server 2008 操作系統(tǒng)。虛擬化堆棧在父分區(qū)中運(yùn)行，并且可以直接訪問(wèn)硬件設(shè)備。隨后，根分區(qū)會(huì)創(chuàng)建子分區(qū)用于承載來(lái)賓操作系統(tǒng)。根分區(qū)使用虛擬化調(diào)用應(yīng)用程序編程接口 (API) 來(lái)創(chuàng)建子分區(qū)。

分區(qū)對(duì)物理處理器沒(méi)有訪問(wèn)權(quán)限，也不能處理處理器中斷。相反，它們具有處理器的虛擬視圖，并運(yùn)行于每個(gè)來(lái)賓分 區(qū)專用的虛擬內(nèi)存地址區(qū)域。虛擬機(jī)監(jiān)控程序負(fù)責(zé)處理處理器中斷，并將其重定向到相應(yīng)的分區(qū)。Hyper-V 還可以通過(guò)輸入輸出內(nèi)存管理單元 (IOMMU) 利用硬件加速來(lái)加快各個(gè)來(lái)賓虛擬地址空間相互之間的地址轉(zhuǎn)換。IOMMU 獨(dú)立于 CPU 使用的內(nèi)存管理硬件運(yùn)行，并用于將物理內(nèi)存地址重新映射到子分區(qū)使用的地址。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，我們可以看出來(lái) Hyper-V 與 Xen 的架構(gòu)很相似。

Vmware ESXI

Vmware ESXI 體系結(jié)構(gòu)圖

由上圖我們可以看出來(lái)管理工具也是直接嵌入到了 ESXi vmKernel 中，沒(méi)有再分化出單獨(dú)的管理工具，這一點(diǎn)與 Xen 是相區(qū)別的。

QEMU

QEMU是一款由Fabrice Bellard所編寫(xiě)的開(kāi)源的模擬器及虛擬機(jī)監(jiān)管器(Virtual Machine Monitor, VMM)。QEMU主要提供兩種功能給用戶使用。一是作為用戶態(tài)模擬器，利用動(dòng)態(tài)代碼翻譯機(jī)制來(lái)執(zhí)行不同于主機(jī)架構(gòu)的代碼。二是作為虛擬機(jī)監(jiān)管器，模擬全系統(tǒng)，利用其他VMM(Xen, KVM, etc)來(lái)使用硬件提供的虛擬化支持，創(chuàng)建接近于主機(jī)性能的虛擬機(jī)。

雙劍合璧 QEMU and KVM

準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，KVM是Linux kernel的一個(gè)模塊?？梢杂妹頼odprobe去加載KVM模塊。加載了模塊后，才能進(jìn)一步通過(guò)其他工具創(chuàng)建虛擬機(jī)。但僅有KVM模塊是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)橛脩魺o(wú)法直接控制內(nèi)核模塊去作做事情，你還必須有一個(gè)運(yùn)行在用戶空間的工具才行。這個(gè)用戶空間的工具，kvm開(kāi)發(fā)者選擇了已經(jīng)成型的開(kāi)源虛 擬化軟件 QEMU。說(shuō)起來(lái)QEMU也是一個(gè)虛擬化軟件。它的特點(diǎn)是可虛擬不同的CPU。比如說(shuō)在x86的CPU上可虛擬一個(gè)MIPS的CPU，并可利用它編譯出 可運(yùn)行在MIPS上的程序。KVM使用了QEMU的一部分，并稍加改造，就成了可控制KVM的用戶空間工具了。所以你會(huì)看到，官方提供的KVM下載有兩 大部分(QEUM和KVM)三個(gè)文件(KVM模塊、QEMU工具以及二者的合集)。也就是說(shuō)，你可以只升級(jí)KVM模塊，也可以只升級(jí)QEMU工具。這就是 KVM和QEMU 的關(guān)系。

可以用下面一張圖來(lái)簡(jiǎn)單描述QEMU和KVM之間的關(guān)系。

其它虛擬化軟件

KVM or Xen？

Xen 現(xiàn)階段在穩(wěn)定和功能上略勝一籌。KVM獲得的社區(qū)支持更多。

前一陣在Ubuntu上想安裝Xen，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的那些鏈接和很多安裝方法改變了，看來(lái)被商業(yè)公司收購(gòu)之后，Xen會(huì)在各方面有所改變。雖然KVM現(xiàn)在還無(wú)法和Xen相比，但是其植入Linux內(nèi)核，以及被社區(qū)支持，讓我更看好它的未來(lái)。

開(kāi)源社區(qū)拋棄Xen，就像拋棄OpenOffice一樣。Xen的發(fā)展可能要依靠來(lái)自Citrix Oracle的支持。在開(kāi)源社區(qū)Xen的式微是不可避免。RedHat，SUSE，Ubuntu已經(jīng)處于轉(zhuǎn)換中。

IBM丟棄Xen用KVM，Ubuntu丟棄Xen用KVM。RedHat就更不用說(shuō)了，當(dāng)然支持自家的KVM。KVM完全開(kāi)源，而Xen只有核才開(kāi)源。Citrix 指望Xen及外圍工具掙錢(qián)呢。

KVM ***的優(yōu)勢(shì)是隨著kernel更新。

Xen ***的弊端是恰好是Dom0 不能用***的kernel，kernel 3.0之后估計(jì)會(huì)好很多。

還是要多看看應(yīng)用場(chǎng)景，IO問(wèn)題是不是關(guān)鍵，XEN和KVM的混合設(shè)計(jì)可根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的技術(shù)層面關(guān)注點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)看還是KVM更好，但畢竟市場(chǎng)份額現(xiàn)有的還是XEN的高，有點(diǎn)類似于.NET剛出來(lái)時(shí)vs JavaEE的感覺(jué)，還是需要一定的應(yīng)用歷程才能發(fā)展起來(lái)。

未來(lái)趨勢(shì)，應(yīng)該是KVM，但是現(xiàn)在最成熟，還是Xen。