BaiShi http://baishi.8561.net 作者的話 這些天想裝個虛擬機來學習用，于是便找找相關的資料，為和我一樣為虛擬機的選擇而困惑的朋友寫下了這篇文章.我這個人就是喜歡總結和整理一些東西.：）不小心接觸到了高深的Virtualization(虛擬化)技術，由于個人水平有限，只是對網上的相關資料做了些整理，希望能給大家一些參考，有不足和錯誤的地方，請不吝指教. 一．虛擬機與虛擬化 虛擬機（virtual machine） 虛擬機（VM）是支持多操作系統并行運行在單個物理服務器上的一種系統，能夠提供更加有效的底層硬件使用。 虛擬機原理： 在虛擬機中，中央處理器芯片從系統其它部分劃分出一段存儲區(qū)域，操作系統和應用程序運行在“保護模式”環(huán)境下。如果在某虛擬機中出現程序凍結現象，這并不會影響運行在虛擬機外的程序操作和操作系統的正常工作。 在真實計算機系統中，操作系統組成中的設備驅動控制硬件資源，負責將系統指令轉化成特定設備控制語言。在假設設備所有權獨立的情況下形成驅動，這就使得單個計算機上不能并發(fā)運行多個操作系統。虛擬機則包含了克服該局限性的技術。虛擬化過程引入了低層設備資源重定向交互作用，而不會影響高層應用層。通過虛擬機，客戶可以在單個計算機上并發(fā)運行多個操作系統。 溯源 早在上個世紀60年代IBM就開發(fā)了一套名為VM/370的操作系統。VM/370在不同的程序之間提供搶先式多任務，作法是在單一實際的硬件上模式出多部虛擬機器。典型的VM/370會話，使用者坐在電纜連接的遠程終端前，經由控制程序的一個IPL命令，模擬真實機器的初始化程序裝載操作，于是一套完整的操作系統被載入虛擬機器中，并開始為使用者著手創(chuàng)建一個會話。這套模擬系統是如此的完備，系統程序員甚至可以運行它的一個虛擬副本，來對新版本進行除錯。 虛擬機軟件 所謂虛擬機軟件，是一種以原有的操作系統為基礎，在宿主機上使用額外的硬盤空間通過軟件級的模擬，（提供一組標準的 API和可選的實時編譯器，仿真一個標準的CPU及操作系統的 API 集，虛擬機從其自定義的 API 到操作系統 API 之間進行“翻譯”）創(chuàng)建一個或多個的運行有單獨互不干擾的操作系統的虛擬計算機，并可將其連成一個網絡的軟件。 與虛擬機有關的幾個術語。（由于VMware、Virtual PC并沒有提供相應的中文文檔，其并沒有得到有關廠商的書面認可。） 宿主機(Host Machine): 就是安裝虛擬機軟件的計算機，也就是我們所使用的物理計算機。 虛擬機(Virtual Machine): 與宿主機相對應的一個概念，它是指利用虛擬機工具在宿主機里構造出來的虛擬計算機。具有和物理計算機一樣的表現，有自己的BIOS，有一套完整的硬件設備，包括內存、硬盤、光驅、網卡、聲卡、顯卡等，可以有自己的操作系統，可以在里面運行自己的應用軟件。 宿主操作系統(Host OS): 在宿主機里安裝的操作系統就是宿主操作系統，例如我們在一臺Windows XP的計算機里安裝了VMware，這里的Windows XP就是宿主操作系統。 客戶操作系統(Guest OS): 在虛擬機里安裝的操作系統就是客戶操作系統，客戶操作系統和宿主操作系統天然隔離，但是彼此之間又不是完全隔絕，而是可以通過虛擬網絡互相聯系。 虛擬機體系結構。 1.“一對一映射”，其中以 IBM 虛擬機最為典型。 2.由機器虛擬指令映射構成，其中以 Java 虛擬機最為典型。VirtualPC采用完全模擬的方式 3.直接映射部分指令，Unix 虛擬機模型和 OSI 虛擬機模型.Vmware就是將一些操作傳給Host由Host系統來執(zhí)行 4.直接調用操作系統功能。 虛擬化Virtualization “虛擬化”是一個軟件層，能夠將軟件與硬件隔離，將所有可用的計算和存儲資源以資源池的方式組成一個單一的整合視圖，通過提供虛擬功能，將資源看作一個單一公共的平臺，最終資源池就像我們日常生活中的水和電一樣，成為企業(yè)信息系統中的“公用設施”（Utility Computing）。其做為虛擬機的擴展技術。 virtualization并不是一個新技術，早在60/70年代，IBM就已經在360/67，370等硬件體系實現上virtualization。 Virtualization通過VMM(Virtual Machine Monitor)把一個硬件虛擬成多個硬件(VM,Virtual Machine)，各VM之間可以認為是完全隔離的。這個隔離不同于各進程之間的地址空間隔離。無論是內存，設備，還是處理器等對各VM來講，都被認為是自已獨一套的。在VM上可以運行”任何”的操作系統(稱為Guest OS)而不會對其它的VM產生影響。 它首先出現在大型主機上，現在在Unix服務器上也已經普及，并正在向配置英特爾公司至強處理器的服務器上蔓延。微軟和VMware采用基于軟件的方法實現“虛擬化”和分區(qū)，但英特爾公司則計劃通過硬件提供對虛擬化的支持。英特爾正醞釀把兩種相關的虛擬功能納入Pentium 、Xeon和Itanium 處理器，賦予這些芯片支持多重操作系統的能力。就桌面型芯片而言，此功能稱為Vanderpool技術（VT），就服務器而言稱為Silvervale技術（ST）。Silvervale和Vanderpool會提供界面功能，讓操作系統得知例如有網絡信息傳入等硬件中斷的情況。這些功能會隨下一代Windows 操作系統（代號“Longhorn”）推出。能夠被EMC公司的VMWare、微軟公司未來的VirtualPC和VirtualServer、以及Linux虛擬軟件使用，CPU層面實現仿真。AMD也會在未來推出名為Pacifica的類似于Intel Vanderpool和Silvervale的自有技術。 對于用戶來說，虛擬計算資源將帶來非常明顯:首先，會提高資源利用率，避免復雜的系統集成和大規(guī)模的設備占用空間，降低投資成本;其次，可以簡化管理的復雜性，能對整體系統運行環(huán)境進行統一監(jiān)管和動態(tài)分配，從而能夠降低計算管理和運行成本;第三，可以充分利用整體平臺的優(yōu)勢，更好地發(fā)揮系統的效能;第四，從總體上可以提高全系統的可靠性。 在未來的幾年時間內，虛擬化將成為計算機技術中最具發(fā)展?jié)摿Φ念I域。 應用 1.反病毒技術 http://www.rising.com.cn/antivirus/rviruslore/rvirus028.htm http://www.rising.com.cn/antivirus/rviruslore/rvirus021.htm http://www.xfocus.net/articles/200310/622.html 2.網絡安全 搭建一個windows下的蜜罐系統http://we.678w.com/InfoView/Article_334.html http://www.hjcz.net/showart.asp?art_id=917&cat_id=4 3.程序開發(fā) 程序員編寫的程序，需要在多種環(huán)境及多個系統下運行。利用虛擬機，可以在一臺計算機上安裝多種虛擬機和配置多種環(huán)境進行測試，這樣有利于發(fā)現問題和快速反饋問題。利用客戶或服務器性能，公司配置他們的開發(fā)環(huán)境，并允許軟件工程師在一個單獨的盒子里開發(fā)、測試多等級的應用程序和安全腳本。例如，利用一個虛擬機環(huán)境提供 Microsoft .NET 測試第二版的開發(fā)環(huán)境，使多個開發(fā)者利用這個開發(fā)環(huán)境在數據中心共享虛擬機上工作?；蛳蜷_發(fā)者提供他們的標準桌面，并且使開發(fā)者可以在虛擬機上運行他們所有的開發(fā)平臺。如果需要的話，開發(fā)平臺能很容易的被備份，重建，拷貝或移動到更快的機器上。 4.軟件測試與破解 對于軟件測試人員個破解愛好者,常常對一些軟件測試或破解,軟件安裝多了,系統也就雜亂無章,常常出現一些內存共享的錯誤.。虛擬機可以保證自己的正常工作,又能滿足測試或破解軟件的需要。 5..應用學習 虛擬機生成的只是一個文件，你完全可以通過分區(qū)、格式化等方式放心大膽地運行系統和軟件，即使出現錯誤也只要刪除這個文件并重新安裝一次即可。而且將虛擬機的文件復制到另一臺計算機上仍可以運行，這就大大節(jié)約了我們寶貴的時間。 另外，由于Solaris、Mac OS都需要專業(yè)計算機的支持，如果你沒有條件購置這些計算機的話，通過虛擬機完全可以免費給你打造一個真實的操作系統環(huán)境。即使對于Windows用戶來說，在虛擬機上安裝幾個Windows 2000就能夠體味到域、活動目錄管理等平時難以接觸到的知識，尤其適合那些準備MCSE考試的朋友。 6.娛樂 游戲玩家用虛擬機來玩不同平臺上的游戲。例如用Virtual PC來玩老版本的DOS游戲 7.公用設施計算 IBM、HP、微軟、Sun等業(yè)界巨頭正在尋求新的途徑，將多臺服務器、存儲系統連接起來，以公用計算的方式形成計算資源池。通過管理員或是自動化的管理軟件，將計算任務從一個硬件系統方便地傳遞給另一個硬件系統，使計算資源得到充分、合理的利用。虛擬化技術使得硬件升級變得很容易，并能方便地根據計算任務的需求調配資源;一旦某一設備出現故障，計算任務可以方便地轉移，從而大大加強系統的安全性和穩(wěn)定性。 而VMware已經宣布計劃開發(fā)名為VirtualCenter的管理軟件和一組開發(fā)工具集，這些工具將幫助IBM、HP等公司可以更容易地將VMware 軟件集成到它們的公用計算技術中。VMware稱，BMC軟件、CA、Veritas、HP和IBM都在各自的集成任務中使用這一套件。目前，VMware的軟件產品線主要針對用于數據存儲和處理的聯網服務器， 8.培訓環(huán)境 關于技術培訓最大的抱怨，是公司不能在相同的環(huán)境下使用他們自己的產品來進行訓練。使用VM技術，可以為培訓創(chuàng)建一個綜合的多服務器環(huán)境，并且允許它可以在單獨的機器上或一個共享服務器上運行。如Volant Training公司提供的有計劃利用VM環(huán)境的課件。 9.應用程序遷移 一個關鍵驅動程序，當遷移到新的平臺上時，它提供給企業(yè)繼續(xù)運行遺留的原OS應用程序的能力。通過附加到Windows 2003服務器上的VM技術應用，公司利用強化的多個原OS的服務器可以實現成本效率。 10.服務器加強 為數據中心和遠程辦公提供極大的好處。舉例說明，假設在你的100個分支點，在每個點上，你希望運行一個ISA 服務器、Exchange 2000、和作為主要域控制器的Windows 2003副本。如果沒有VM技術，那么你仍需要為每個點購置三臺機器，即使它們的利用效率很低。使用VM技術，只需購買一臺有1個或2個處理器的機器，并在主機操作系統上運行PDC（個人數字系統：Personal Digital System），在VM上運行ISA和Exchange。通過數據中心，可以取得它們各自硬件要求的多種應用程序，并且在VM上通過一個單獨的多處理器運行它們。 價格：在正式推出了Virtual PC 2004 版本，售價129 美元，比Connectix 時期的229 美元下降不小，用以沖擊同領域的加入EMC 旗下的VMware 11.服務器整合 很多企業(yè)因為歷史原因或者其他因素，每個部門都有一臺服務器，或者其中幾個重要部門都配置有服務器。這些服務器功能都比較單一，應用也比較少，但這些應用各不相同，它們不能共存于一臺服務。在以前，只能為這些部門各配置一臺服務，這無形中增加了硬件投資及管理成本。而現在，企業(yè)面臨升級的問題，不能再給每個部門購買一臺服務器，但原來的服務怎樣保存下來呢？一步升級到位是不太現實的，也需要有個過程。 利用虛擬機系統，可以安裝多臺虛擬的服務器，為每個部門分配一個虛擬的服務器，這些虛擬的服務器與真正的服務器沒有任何的不同，這樣就減少了硬件的投資及管理維護的成本。 12. 調解程序間的沖突 隨著以Windows為首的多任務操作系統的出現，程序需要共享資源。但是當一個程序共享另一個程序相同的系統資源時，這兩個程序就會發(fā)生沖突。為了緩和這種供求矛盾，虛擬機（VirtualMachine）就應運而生了。在Windows系統中，所有的程序都必須在虛擬機中運行。Windows系統利用虛擬機來讓運行的程序相信自己對所有的系統硬件擁有排它的訪問。為了便于理解，可以把Windows系統看作一個資源管理員，它始終監(jiān)視各運行程序正在使用的硬件和資源，同時它還創(chuàng)建運行程序駐留的虛擬機。當程序把消息發(fā)給某一特定設備時，Windows系統將截獲這一消息，然后在另一程序沒有使用該設備時，把消息按規(guī)定路徑發(fā)給那個設備和內存存儲單元。Windows系統就是以這種方式管理整個系統資源，而不是單個程序。（Windows系統中只存在2種類型的虛擬機:SYSTEMVM（系統虛擬機）和MS-DOSVM（DOS虛擬機）。系統虛擬機：16位Windows程序和32位Windows程序都運行在系統虛擬機上。所有基于Windows的16位程序在SYSTEM VM上共享一個空間。由于共享，這些16位程序可能交叉占用各自的資源，當這種情況發(fā)生時，用戶將收到一個或多個GPF（一般性保護錯）信息。32位Windows程序在SYSTEM VM上有各自的地址空間，因為這些32位程序不共享資源，因此它們就不能交叉占用各自的資源，因此，純32位程序之間幾乎不會出現死機，這也是為什么Windows NT的穩(wěn)定性遠遠高于Windows 95/98系統的根本原因（NT是純32位操作系統）?。?/span>MS-DOS虛擬機 ：由于各個MS-DOS程序對所有的系統資源擁有排它的訪問，故MS-DOS的應用程序同一時間只能運行一個，因此所有的基于MS-DOS的程序只能在各自的虛擬機上運行。 13.桌面分發(fā)與管理desktop-ondemand 關于這方面的功能Softricity與VMWare合作寫過相關的白皮書（桌面隨需：《衡量Softricity與VMWare對桌面分發(fā)與管理有什么優(yōu)勢》并由運軟公司翻譯http://www.tnsoft.com.cn/transoft/partners/manuals/vmware-softricity-desktop-ondemand.doc） 一些常見的虛擬機 SYSTEMVM（系統虛擬機） VDM(DOS虛擬機,它用來在32位保護模環(huán)境中運行16實模式代碼) Vmware（商業(yè)軟件，極小部分源代碼開放，2003年底被存儲巨頭EMC收購http://www.vmware.com/ http://www.vmware.cn/） Virtual PC（美國Connectix公司，2003年2月19日被微軟收購其虛擬機軟件和相關專利，隨后微軟在windows Server2003中加入虛擬機，微軟今后會將它嵌入到Windows環(huán)境中，并在其核心功能之上開發(fā)出更多的功能。http://www.microsoft.com/windows/virtualpc/default.mspx） Bochs(開源軟件，歷史悠久的X86模擬器，原來的Plex86，可運行Windows/Linux/*BSD/DOS，最大的優(yōu)點是，OpenSource，Free。http://bochs.sourceforge.net/) QEMU（ MIPS R3k/ARM7|9/PowerPC模擬器http://fabrice.bellard.free.fr/qemu/） PearPC（與Virtual PC、Vmware這樣的虛擬機類似，不過它虛擬的是G3處理器，所以能在PC上的Windows系統中模擬蘋果電腦環(huán)境來運行MacOS） mips64emul（mips64emul可以運行在大多數的Unix上，至少目前在Linux/netBSD host上運行得很好?？梢阅M32/64位的MIPS CPU，支持netbsd, openbsd, linux, Ultrix, Irix的MIPS版本。支持boot模式安裝系統和user模式直接運行elf/coff格式可執(zhí)行文件）。 Virtuozzo（商業(yè)軟件SWsoft開發(fā) http://www.sw-soft.com/products/virtuozzo/） Cygwin（參見我的另一篇文章《cygwin與漏洞攻擊程序的編譯》http://blog.csdn.net/baishi_/archive/2004/12/13/215365.aspx） twoostwo（另一個小巧的X86虛擬機，功能與vmware類似。 simics，(目前為止模擬系統類型最多的虛擬機，支持 Alpha, ARM, IA-64, MIPS, PowerPC, SPARC V9, x86, and AMD64平臺，不過它的速度可真的不是一般的慢，如果你的機器低于4個CPU，還是最好不要跑它了) QuickTransit（Transitive一種電腦虛擬機軟件并努力將其定義為“硬件視圖（Hardware Visualization） ，能夠模仿幾乎所有的操作系統，運行在模仿器上的異種程序的性能并不會減慢多少。 ） JVM （Java 虛擬機，不多說了） plex86（針對X86的開源虛擬機，類似于VMWare） 二． VMWare與Virtual PC區(qū)別 主要說說VMWare與Virtual PC區(qū)別因為我和許多朋友一樣都在為二者的取舍而困惑。 內存篇 VMWare占用你為虛擬機分配好的內存并用不釋放，可調。 VPC根據你實際使用情況來動態(tài)增加。 評論：看起來好像是VPC的方式更加好，但是實際運行速度絕對是VMWare快很多。 硬盤篇 VMWare其硬盤容量不可調（指定大小后就不可以更改，但可以類似PC去加第二塊硬盤。）能把物理硬盤并到虛擬機中使用。 VPC，可以動態(tài)擴展硬盤，會送你一塊40G的虛擬出來的硬盤，該硬盤可依你在虛擬機中安裝的東西而變化。不會把物理硬盤并到虛擬機中使用。Virtual PC的虛擬磁盤默認為16G，但它實際的大小是動態(tài)分配的，存放多少文件，虛擬磁盤文件在宿主機上看就是多大。（隨著虛擬機里文件的添添減減，虛擬磁盤占用的空間會只大不小，這時候可千萬別嘗試“磁盤整理”，一整理會讓虛擬磁盤文件更大。微軟提供給我們一個壓縮工具——Precompact，在虛擬的平臺上運行后，就可以使用Virtual PC提供的磁盤壓縮功能了。據說這個工具并未公開發(fā)布，所以很多Virtual PC的用戶對那個磁盤壓縮功能十分不解——壓縮前后，虛擬磁盤還和原來一樣大。就是因為沒有運行這個東東的緣故。） 評論：實際使用VMWare的磁盤效率遠遠高于VPC 網絡篇 VMWare是通過模擬網卡實現網絡共享的 VirtualPC是通過在現有網卡上綁定VirtualPCemulatedswitch服務實現網絡共享的。對于win2000/xp等操作系統，如果網線沒插或沒有網卡的時候，要安裝Microsoft的loopback軟網卡，才能實現網絡共享。在VirtualPC的globalsetting里，當有網卡并插好網線的時候，將Virtualswitch設成現實的網卡；當沒有網卡或網線沒插的時候，將Virtualswitch設成msloopback軟網卡，即可實現網絡共享。 （msloopback軟網卡的安裝方法，以win2000為例： 控制面板->添加/刪除硬件->添加/排除設備故障->添加新設備->否，從列表選擇->網卡->制造商選microsoft->microsoftloopbackadapter。） 顯卡篇 VMWare沒有模擬顯卡，要通過vmware-tools才能用上高分辨率和真彩色，否則只能用VGA。 VirtualPC模擬了一個比較通用的顯卡：S3Trio32/64(4M)。從這一點看，VirtualPC比VMWare通用，但顯示性能不如VMWare。 硬件篇 vmware能提供硬件級的模擬（有一些程序，如HD－COPY，只能在VMWare下運行，如果你使用Image文件作為軟驅的話）。可以設置虛擬機的BIOS，可提供USB和其他更多端口的服務。 Virtual PC不可以，不能在虛擬機中添加多塊網卡，沒有提供USB和其他更多端口的服務，不能在虛擬機中添加多塊網卡，提供的遠程控制功能要差。 光盤篇 vpc與VMware軟件均有虛擬光驅的功能 VMware光驅設置項目中直接選擇 做好的*.iso作為光驅，并注意將它的屬性設為 IDE1：0 也就是IDE接口的主盤。 vpc中右鍵點擊光盤圖標，選擇capture image ... ，就可以裝入ISO文件。 啟動篇 Mware更像一臺新機，其加載時是不能動態(tài)改變硬件設置的，啟動是絕對的冷啟動，校驗硬件，比較慢，但是啟動系統完畢后，操作時速度明顯比VPC快的多，兼容性好很多。 VPC比VMware用起來啟動快，其可以動態(tài)改變設置，加載各種鏡像，如果是光用來檢驗刻錄的*.iso的啟動等功能，的確省時間。 注意：VMware調用很多真實系統的配置，真實系統的優(yōu)化對它的運行速度影響很大！ 環(huán)境篇 VMWare可運行在Windows(WinNT以上)和Linux操作系統上。（不支持９８系統） Virtaul PC可運行在Windows(Win98以上)和MacOS上。（為了減小競爭，Microsoft 在收購了Connectix后，就取消了其上Linux的官方支持實際上Virtual PC 2004 依然能夠支持用戶運行Linux/Unix 操作系統） 方向策略篇 VMware該軟件的設計本意是用于軟件調試和擴充大型機和工控機的應用范圍，為管理員管理和程序員開發(fā)跨平臺的應用軟件提供一個理想的解決方案，方便開發(fā)人員在各個系統之間進行切換。主攻戰(zhàn)場是服務器--用于企業(yè)數據中心，策略是使其軟件成為在業(yè)界被炒得很熱的效用計算概念的一部分。 Virtual PC微軟公司計劃使用這一技術對必須在新的硬件系統上運行原來軟件的客戶并說服企業(yè)向Windows XP升級，主要面向PC。 選擇篇 專業(yè)用戶選擇VMware，最求簡單方便和兼容性的WINDOWS用戶選擇Virtual PC 三．虛擬機研究與技術討論會 2004年5月6日和7日USENIX舉辦了第三屆虛擬機研究與技術討論會（VM‘04）。該討論會的前身是舉辦過兩屆的Java虛擬機技術討論會（JVM‘01和JVM‘02）。由于在過去幾年中虛擬機技術被廣泛應用，因此本屆討論會不再局限于Java虛擬機，而是包括了Microsoft.NET,以及較低層的虛擬機環(huán)境如VMware、ConnectixVirtualPC和SWSoftVirtuozzo等等方面的研究和技術。 USENIXVM‘04的詳細內容參見 http://www.usenix.org/events/vm04/ 會議上提交的部分論文參見： http://www.usenix.org/events/vm04/tech/ 。 附： Virtualization(虛擬化)技術http://blog.csdn.net/wkkii/archive/2004/07/15/42295.aspx 數據中心的存儲革命――虛擬化http://www.dostor.com/info/solution/2004-07-07/0001815719.shtml 虛擬化的未來 http://media.ccidnet.com/media/swm/212/08601.htm 中國科學院存儲與虛擬化課題主頁http://www.ihep.ac.cn/div7/san/index.htm 透過虛擬化構架節(jié)約成本http://www.yesky.com/ServerIndex/77132944006709248/20041116/1876318.shtml
服務器虛擬化---虛擬計算資源可提供資源整合、更高可用性和基礎設施靈活性，從而提高IT投資的回報率，并降低計算基礎設施的總體擁有成本。
