服務器虛擬化概述

在服務器虛擬化技術中，被虛擬出來的服務器稱為虛擬機（Virtual Machine，VM）。運行在虛擬機里的操作系統稱為客戶操作系統，即Guest OS。負責管理虛擬機的軟件稱為虛擬機管理器，縮寫為VMM，也稱為Hypervisor。

服務器虛擬化通常有兩種架構，分別是寄生架構（Hosted）與裸金屬架構（Bare-metal）。

（1）寄生架構。

一般而言，在使用計算機之前，首先要安裝操作系統，該操作系統稱為宿主操作系統，即Host OS。如果采用虛擬機技術，則需要在操作系統之上再安裝一個VMM，然后利用這個VMM創建并管理虛擬機。這種后裝模式稱為寄生架構，因為VMM看起來像是“寄生”在操作系統上的。例如，Oracle公司的VirtualBox就是一種寄生架構。

（2）裸金屬架構。

顧名思義，裸金屬架構是指將VMM直接安裝在物理服務器之上而無須先安裝操作系統的預裝模式。在安裝了VMM之后，再在VMM上安裝其他操作系統（如Windows、Linux等）。由于VMM“看起來”是直接安裝在物理計算機上的，所以稱為裸金屬架構，例如KVM、Xen、VMware ESX。

目前，普遍認為裸金屬架構的性能要比寄生架構高。很多資料都宣傳說，裸金屬架構是直接運行在物理硬件之上的，無須通過Host OS，所以性能更高。

圖3-1為Xen的工作流程，其中有3個Domain。一開始，很多人會將Domain誤認為是CPU的一種特殊狀態，這是因為在很多文檔里會用一些比較模糊的措辭，例如“此時，系統會進入Domain 0狀態”，從而讓人產生誤解。其實，Domain在虛擬化技術里表示的不是CPU的狀態，而是“域”，更通俗地說，就是一臺虛擬機。

雖然從圖3-1上看，Xen是運行在硬件之上的，但實際上，Xen嚴重依賴于一個特殊的Domain，那就是Domain 0。其實，Xen在發布其裸金屬版本的時候，里面就包含了一個裁剪過的Linux內核，它為Xen提供了除CPU調度和內存管理之外的所有功能，包括硬件驅動、I/O、網絡協議、文件系統、進程通信等所有其他操作系統所做的事情。這個Linux內核就運行在Domain 0 里面。這就是為什么當啟動裸金屬架構版的Xen時會自動啟動Domain 0。因為沒有這個Linux內核，Xen將無法工作。事實上，基于裸金屬架構的VMM中往往包含了一個經過修改的Host OS。

圖3-1 Xen的工作流程

因此，裸金屬架構其實并不說明VMM能夠拋開Host OS在硬件之上運行。如果我們把圖3-1中的Domain 0放到與Xen Hypervisor平級的位置，或者放到Xen Hypervisor下面，Domain 0就與寄生架構沒有區別了，如圖3-2所示。而事實上，即使是寄生架構的產品，例如VirtualBox，在Host OS里面也會有一個運行于核心的驅動程序，它可以直接與物理設備打交道。
如果仔細看圖3-2，會發現Domain 1和Domain 2與Domain 0之間還有一些通信。這與傳統的寄生架構一樣，Guest OS有時也是需要訪問Host OS的。所以，裸金屬架構本身不會給Guest OS的性能帶來任何提升。

從目前的趨勢來看，虛擬化將成為操作系統本身功能的一部分。例如，KVM就是Linux標準內核的一個模塊，微軟的Windows 2008也自帶Hyper-V。

 

圖3-2 寄生架構