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风云十年 x86虚拟化进程回顾

2008-08-26

风云十年 x86虚拟化进程回顾:虚拟化起源

虚拟化不是一种新技术,早在上个世纪六、七十年代已经有了虚拟化技术的雏形。当时IBM公司发明了一种操作系统虚拟机技术,允许在一台主机上运行多个操作系统,让用户尽可能地充分利用昂贵的大型机资源。随着技术的发展和市场竞争的需要,就种源于大型号机的技术开始向小型机或UNIX服务器上移植。后来IBM、HP和SUN都将虚拟化技术引入各自的高端RISC服务器系统中。随着时间的推移,虚拟化技术以及在上述高端产品上的应用日臻成熟。但是在国内真正使用大型机和小型机的用户毕竟还是少数,而现在还没有一个虚拟化的行业标准,各家产品和技术之间并不兼容,所以虚拟化技术一直是叫好不叫座。

随着X86处理器性能的提升和应用普及,人们开始考虑将虚拟化技术导入用户更广泛应用的x86平台。早在1998年,通过运行在Windows NT上的Vmware来启动Windows 95的做法让人们惊叹不已。

2005年11月,英特尔发布了新的Xeon MP处理器系统7000系列,X86平台历史上第一个硬件辅助虚拟化技术――VT(Vanderpool Technology)技术也随之诞生。这一里程碑式的事件也拉开了X86平台普遍虚拟化计算的帷幕。

进入2006年,从处理器层面的AMD和Intel到操作系统层面的微软的加入,从数量众多的第三方软件厂商的涌现到服务器系统厂商的高调,我们看到一个趋于完整的服务器虚拟化的产业生态系统正在逐渐形成。这也使得在过去的一两年时间里,虚拟化开始成为广受关注的热点话题。

风云十年 x86虚拟化进程回顾:虚拟化:概念与优势

所谓虚拟化,是指将单台电脑/服务器软件环境分割为多个独立分区,每个分区均可以按照需要模拟电脑/服务器的一项技术。它的技术实质是通过中间层次实现计算资源的管理和再分配,使资源利用实现最大化。

虚拟化分区带来的最大好处是使同一个物理平台能够同时运行多个同类或不同类的操作系统,以分别作为不同业务和应用的支撑平台。分区使得应用之间能够更好地隔离,通过把不同的应用安装到不同的分区上,可以避免在同一个系统运行多个应用时相互影响,包括计算资源争用,单一应用的崩溃对整个系统造成影响,或单一应用的维护和升级影响其他应用的运行,以及各应用对系统平台环境组件版本的不同要求等矛盾;同时使得系统的备份、迁移和升级更加简单灵活,由于资源管理中间层的存在,不但操作变得非常简单,而且可以很容易实现在线实施;当然,最重要的是分区可以实现计算资源的实时按需动态分配,负载大的分区可以获得更多的计算资源,在负载下降时,计算资源可以被回收,返还或再分配给其他的分区,以最大限度地实现资源整合和按需动态分配。

虚拟化有两种实施方式:纯软件虚拟化方式和硬件辅助虚拟化方式。

风云十年 x86虚拟化进程回顾:硬件辅助虚拟化:一种更高效可靠的实现方式

虚拟化技术最早在大型主机上采用,随着技术的发展和竞争的加剧,IBM、HP、Sun后来纷纷将其下移,逐渐将其引入到高端RISC服务器系统中。随着X86处理器性能的提高和应用的普及,业界很多公司都看到了虚拟化在X86平台上实施的价值,因此VMware、Xen、微软和SWsoft等软件厂商纷纷推出了支持X86平台的虚拟化软件。这些软件虚拟化产品基本的思路是在操作系统与硬件层之间或者操作系统之上建立一层独立控制、分配硬件资源的软件层来达到虚拟化系统资源的目的。

不过,不同的虚拟化产品其实现模式也有很大的不同,通过介于底层硬件和操作系统之间的软件层实现虚拟化功能的代表为VMware和Xen的产品,而SWsoft的产品则是在特定的操作系统之上“虚拟”出多个系统资源副本(SWsoft有支持Windows和Linux的版本),其好处是没有对系统软件的修改,对系统性能的影响较小,但由于实现虚拟化的层级不够“低”,灵活性不如前者,如VMware的产品可以在Linux系统基础上虚拟化出Windows的应用环境。

对于X86处理器来说,其保护模式下一共有4个不同优先级,称为Ring,命名从Ring 0直到Ring3。这些Ring的优先级随其所执行的功能的不同也有所不同。其中Ring 0用于操作系统内核,优先级最高,拥有最高的“特权”,Ring 1和Ring 2用于操作系统服务,优先级次之,Ring 3用于应用程序,优先级最低。

风云十年 x86虚拟化进程回顾:软件虚拟化技术工作原理

位于Ring 0特权空间的操作系统可以优先访问各种硬件资源。传统的软件虚拟化技术是在Ring 0 中运行一个称为虚拟机监视器(VMM)的软件中间层,以负责控制和排列各个分区访问硬件资源的优先顺序。它要求在软件堆栈的较高层运行操作系统─―通常是在Ring 1或者与系统应用共用的Ring 3。

由于操作系统设计缺省工作在Ring 0 特权级别,而现在Ring 0被虚拟机监视器(VMM)所拥有,所以传统的纯软件虚拟化技术需要虚拟机监视器(VMM)通过复杂的软件编程来解决这个矛盾。其中一种方法是通过打补丁修改操作系统内核源代码让其认知到工作在Guest OS 虚拟操作系统模式下,另一种方法是需要对运行期间操作系统的某些硬件调用指令作二进制码翻译等。由于上述原因,传统的纯软件实现方式在测试、验证和维护每款新操作系统和相关补丁方面,付出了大量的时间和资金, 同时二进制码翻译需要消耗处理器的很多计算资源。

风云十年 x86虚拟化进程回顾:虚拟化切中要害

正是因为服务器虚拟化有如此多的好处,服务器的虚拟化在接下来的2007年仍然会是主要话题,并且虚拟化的技术和方案也会继续向成熟迈进。不过,虚拟化仍然达不到我们所希望的那样准确地在基础架构中分配资源。尽管如此,来年中虚拟化的部署仍然会更广泛,而且在数据中心的虚拟化进程中,服务器虚拟化的步伐要远远快于存储的虚拟化,而接近于成熟。

虚拟化之所以能够抓住企业领导者的关注,是因为它命中了企业基础架构的要害,那就是服务器等系统的实际利用率低下、资源重复投资浪费现象严重,这一现象是在大型机、小型机上先发现,但实际应用中,在中小型的IA架构服务器身上问题更为严重。

其实,服务器虚拟化的主要作用无外乎两点:整合服务器,以及在多台服务器上运行同一应用。服务器整合是面临巨大挑战的,尤其是对新硬件和操作系统的支持方面。在多台服务器上运行一个大型应用程序也呈现难题,如果一个机器上的CPU所需要的信息存储在另一台机器上怎么办?如果服务器访问网络或者SAN宕机怎么办?这些问题已经困扰了虚拟化厂商很长时间。

要想把诸多不同架构的服务器群组虚拟化成为一个计算资源池,并进行合理化的负载均衡调配,从技术上就是一个巨大挑战。当然,在这场战役中,最终的赢家必然是能够用最可靠的方案支持到最大数量的硬件的厂商。

理想的虚拟化是提供了一个数据、计算能力、存储能力和其他资源的逻辑视图而非物理视图。自然,在这个领域参与的厂商不仅仅是服务器,也包括诸多软件厂商,从IBM到微软、从AMD到英特尔、从Novell到Red Hat,如今各大IT厂商都在参与虚拟化市场,表现出来的雄心壮志也是有目共睹的:IBM力争虚拟所有计算资源的虚拟引擎VE,HP推出虚拟服务器环境VSE,VMware抢先开始了免费之旅,Xen则打出了开源虚拟化的旗帜,即便是在操作系统领域不可一世的微软也不惜自降身价,推出Virtual Server 2005和一些小软件厂商在服务器虚拟化领域展开竞争。另外,Intel的VT、AMD的Pacifica等,无不在加速着虚拟化在企业网络中的部署。

风云十年 x86虚拟化进程回顾:虚拟化较量给高端x86带来机遇

伴随着虚拟化的实施,虚拟与物理设备之间的管理问题也浮出水面。可喜的是,最近我们已经看到很多厂商在这方面做工作,Egenera和Opsware公司都宣布推出新型软件,帮助服务器机房管理人员将虚拟服务器和现实的物理服务器作为一个整体来管理。同时有消息称,应用服务器提供商BEA也计划推出其最受欢迎的WebLogic应用服务器的虚拟化版本。

当然,包括BMC、CA、HP、IBM和微软在内的各大传统系统管理产品供应商也不会放过这个市场,他们均已经将对虚拟机的管理纳入了其传统系统管理工具之中,或者干脆在其原有产品线中新增加了独立的虚拟机管理产品类别,就连戴尔也利用面向OpenManage的VMware工具进入到了这个领域。

由此可见,虚拟化的真枪实战才刚刚开始,在未来一年中我们将能够从实际应用部署和使用中体会到真正的战场较量。

虚拟化技术的发展是以强大的硬件为依托的。高端x86服务器作为服务器市场中的主力军,自然要担当起承载虚拟化技术的强大后盾。各大服务器厂商像IBM、HP、DELL也争先推出自己的x86虚拟化服务器。

虚拟化技术的普及,将促使高端x86服务器将会重新活跃在历史的舞台。

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