云计算——虚拟化层架构

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 前言

本章将会讲解云计算的虚拟化层架构，了解云计算虚拟化层都有哪些架构模式。

一.虚拟化层架构

• 虚拟化层架构：全虚拟化，半虚拟化，硬件辅助虚拟化

• KVM--------》全虚拟化
• Xen----------》半虚拟化
• CPU（AMD，Intel）-------------》硬件辅助虚拟化

架构一：全虚拟化

全虚拟化：即所抽象的vm具有完全的物理特性，虚拟化层负责捕获CPU指令，为指令访问硬件充当媒介。

它使用虚拟机协调客户操作系统和原始硬件。全虚拟化是通过客户机和宿主机之间一个虚拟化逻辑层Hypervisor来完全模拟底层硬件细节。全虚拟化表示的是整个虚拟化都是用软件实现的。

 典型的有：VMware，Virtyalbox，virtual PC, KVM-x86

 VirtualBox是一款开源的虚拟机软件，使用者可以在VirtualBox上安装并且执行SolarisWindows、DOS、Linux、OS/2Warp、BSD等系统作为客户端操作系统。

 KVM-x86是基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine），它是Linux的一个内核模块，该内核模块使得Linux变成了一个Hypervisor。它支持x86 (32 and 64 位), s390, Powerpc等CPU。

特点：

• OS无需修改。
• 速度和功能都非常不错，使用非常简单。
• 移植性好。

全虚拟化：KVM

KVM（Kernel-Based Virtual Machines）是一个基于Linux内核的虚拟化技术，可以直接将Linux内核转化为Hypervisor。从而使得Linux内核能够直接管理虚拟机，直接调用Linux内核中的内存管理，进程管理子系统来管理虚拟机。

组成：由处于内核态的KVM模块（CPU虚拟化，内存虚拟化，接口）和用户态的QEMU两部分组成。

QWMU由KVM.ko所提供的接口完成其他的虚拟化（IO虚拟化，网络虚拟化）都是由QWMU组成。

• 第一部分：内存，CPU，接口，虚拟化
• 第二部分：其他虚拟化（IO等）

架构二：半虚拟化

半虚拟化：期初是为了解决全虚拟化效率不高的困难，它需要修改OS，工作效率相对于全虚拟化要高很多。Hypervisor直接安装在物理机上，多个虚拟机在Hypervisor上运行。Hypervisor实现方式一般是一个特殊定制的Linux系统。

典型的有xen，VMware ESXi，微软Hyper-V

Hyper-V 是 Microsoft 对虚拟机监控程序的实现。 Hyper-V 应用单个主计算机的资源，在同一物理硬件上运行的多个虚拟机 (VM ) 中分发该资源。 Hyper-V 为每个 VM 提供独立的空间来运行它自己的操作系统 (OS)，它独立于主机 OS 和其他 VM。

特点：

• 架构更精简
• 在整体速度上有一点的优势
• 需要对OS进行修改，在用户体验方面比较麻烦。

半虚拟化：Xen

Xen :直接把操作系统内核改了，把OS改成一个轻量级Hypervisor在里面运行了一个管理所有资源作资源调度的Domain0.

组成：由Xen Hypervisor（虚拟化层），Domin0（管理主机），Domin U（用户虚拟机）。

 架构三：硬件辅助虚拟化

• 硬件辅助虚拟化：硬件辅助虚拟化是随着虚拟化技术的应用越来越广泛intel,AMD等硬件厂商通过对硬件的改造来支持虚拟化技术。

常用于优化全虚拟化和半虚拟化产品，像VMware Workstation,它虽然属于全虚拟化，但它在6.0版本中引入了硬件辅助虚拟化技术，比如Intel的VT-x和AMD的AMD-V。主流全虚拟化和半虚拟化产品都支持硬件辅助虚拟化。（VirtualBox,KVM，Xen等）

二.KVM架构与Xen架构对比

KVM（常用）

• 支持全虚拟化
• 内置在内核中
• 便于版本安装，升级，维护
• 性能高
• 总结：KVM平台架构侧重性能

Xen

• 支持全虚拟化，半虚拟化
• 需要对内核修改
• 跟新版本，Xen需要重新编译整个内核
• 隔离性好
• 总结：Xen平台架构侧重安全性

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