Términos clave y explicaciones técnicas en la tecnología de virtualización

Con el desarrollo de la tecnología de virtualización, cada vez aparecen más nombres y terminología en la tecnología de virtualización, que generalmente están relacionados con ciertas características de la tecnología de virtualización. Dominar tecnologías de virtualización específicas y elegir el producto de virtualización correcto puede recorrer un largo camino.

Términos clave y explicaciones técnicas en tecnología de virtualización

Con el desarrollo de la tecnología de virtualización, cada vez aparecen más sustantivos y terminología en la tecnología de virtualización. En general, se relaciona con ciertas características de la tecnología de virtualización, y comprenderlas puede ser muy útil para dominar tecnologías de virtualización específicas y elegir los productos de virtualización adecuados.

(1) Máquina virtual de máquina virtual

Generalmente se refiere al hardware que se simula mediante la tecnología de virtualización. Proporciona un entorno de hardware simulado para el funcionamiento del sistema operativo.

(2) SO invitado (SO invitado)

El sistema operativo que se ejecuta en la máquina virtual se denomina sistema operativo invitado. "Cliente" puede entenderse como "ser invitado", la computadora que se inicia en la máquina virtual puede considerarse como "ser invitado" en el sistema operativo básico.

(3) Hypervisor hypervisor

En la tecnología de virtualización, Hypervisor es el software que proporciona administración y monitoreo de máquinas virtuales, que se encuentra en la capa física básica y en el sistema operativo invitado (sistema operativo invitado). Entre, puede permitir que las máquinas virtuales o aplicaciones compartan hardware. Algunas personas lo llaman VMM (Monitor de máquina virtual), pero creo que Hyperviosr es más apropiado porque no solo puede monitorear, sino también la capacidad de administrar máquinas virtuales y coordinar máquinas virtuales y dispositivos de hardware. La relación entre los componentes de la tecnología de virtualización se muestra en la Figura 2-1.

(Haga clic para ampliar) Figura 2-1 Diagrama de relaciones de varios componentes en la tecnología de virtualización

(4) Virtualización completa (virtualización completa)

En la virtualización completa, el hipervisor ejecuta el sistema operativo invitado en un entorno de hardware simulado por una máquina virtual mediante la emulación de un dispositivo de hardware correspondiente. Esta solución es la tecnología de virtualización utilizada por el mainframe de IBM en 1960. Por lo tanto, algunas personas lo llaman la virtualización original. En esta tecnología, la máquina virtual actúa como un coordinador entre el sistema operativo invitado (sistema operativo invitado) y el hardware original. Por lo tanto, las instrucciones protegidas específicas en el dispositivo de hardware deben capturarse y procesarse en el hipervisor para evitar conflictos operativos cuando la máquina virtual accede a ciertos recursos al mismo tiempo.

(5) Virtualización parcial

El hipervisor solo simula parte del hardware subyacente, por lo que el sistema operativo invitado no se puede ejecutar en una máquina virtual sin modificaciones. En la historia de las computadoras, la virtualización parcial es un hito importante en el camino hacia la virtualización completa. Apareció por primera vez en la primera generación de sistemas de tiempo compartido CTSS e IBM M44 /44X. Aunque a veces esto no se considera una máquina virtual en el sentido general, es una página muy importante en la historia.

(6) para-virtualización

Paravirtualización (también traducida para-virtualización en virtualización paralela) El hipervisor proporciona una interfaz de programación especial para sistemas operativos invitados Usado, el sistema operativo invitado debe modificarse para ejecutarse en un entorno paravirtualizado. Debido a que la tecnología de paravirtualización permite que los sistemas operativos invitados interactúen directamente con el hardware, el rendimiento es mejor que la virtualización completa. Sin embargo, debido a la interfaz de programación especial proporcionada por el hipervisor, el sistema operativo invitado debe personalizarse, perdiendo así la comodidad de portar a diferentes plataformas de hardware. Al mismo tiempo, dado que el cliente utiliza una interfaz de programación especial para interactuar directamente con el hardware, cuando un cliente no opera el hardware, afectará la operación de todos los sistemas operativos invitados en el hardware.

(7) Virtualización a nivel de SO

En la virtualización de la capa del sistema operativo, los hosts independientes se virtualizan en la capa del sistema operativo, lo que permite múltiples aplicaciones independientes. El servidor virtualizado se ejecuta en una sola computadora. El entorno del sistema operativo invitado comparte el mismo sistema operativo que el servidor host. Por ejemplo, el mismo núcleo del sistema se usa para crear el entorno del cliente. El programa se ejecuta en un entorno cliente que se considera un sistema independiente. En pocas palabras, el sistema operativo está dividido en particiones separadas para diferentes usuarios, y el usuario tiene ganas de usar una computadora separada cuando la usa. La virtualización de la capa del sistema operativo no requiere la instalación de un sistema operativo invitado, pero solo puede virtualizar la misma máquina virtual que el sistema operativo. Por ejemplo, el sistema operativo Solaris de Sun utiliza esta tecnología para virtualizar múltiples espacios de sistemas operativos independientes para los usuarios del sistema operativo Solaris.

(8) Migración en vivo

La migración dinámica es la migración de una máquina virtual de una computadora a otra mientras la máquina virtual se está ejecutando. Imagine una situación en la que una organización tiene dos servidores, A y B, cada uno con 16 CPU, ocho máquinas virtuales que se ejecutan en el servidor A y una CPU por máquina virtual. En el servidor B, también hay 8 máquinas virtuales en ejecución, y cada máquina virtual utiliza solo 1 CPU. Y esta situación duró mucho tiempo, y la utilización de ambos servidores fue solo del 50%. Si el hipervisor en los servidores A, B admite la migración en vivo, podemos mover todas las máquinas virtuales en el servidor B al servidor A y apagar el servidor B. No solo mejora la eficiencia del servidor A, sino que también ahorra los recursos de un servidor. Es un tipo de "tecnología verde" (denominada Green IT en inglés). Al mismo tiempo, la migración dinámica también puede desempeñar el papel de recuperación automática. Cuando el hardware no tiene suficientes preguntas, se migrará automáticamente a otro hardware configurado previamente.

(9) Virtualización asistida por hardware

La virtualización asistida por hardware requiere soporte de hardware para ayudar a crear máquinas virtuales, monitorear y permitir que los sistemas operativos invitados se ejecuten de manera independiente. La virtualización asistida por hardware se introdujo en 1972 para utilizar el primer sistema operativo de máquina virtual VM /370, introducido por primera vez por IBM System /370. En 2005 y 2006, Intel y AMD proporcionaron soporte de hardware adicional para la virtualización, respectivamente. Intel lo llama VT, que AMD llama AMD-V. La virtualización asistida por hardware se refiere a un soporte eficiente y totalmente virtualizado con el soporte de hardware (principalmente procesadores host). El entorno de ejecución del sistema operativo invitado y el hipervisor se aísla de forma automática y completa. El sistema operativo invitado tiene su propio "conjunto completo de registros" que pueden ejecutarse directamente en el nivel más alto. Intel - VT y AMD-V son dos tecnologías de virtualización asistidas por hardware disponibles en la arquitectura x86 en la actualidad.

Para la virtualización asistida por hardware, primero debe averiguar qué factores limitan el rendimiento de la virtualización en las plataformas tradicionales. La tecnología de virtualización permite a las personas ejecutar múltiples máquinas virtuales diferentes en un solo servidor físico. Esto requiere un servidor físico para crear y administrar múltiples sistemas virtuales. En el corazón de la tecnología de virtualización se encuentra el hipervisor, que es la clave para completar con éxito múltiples tareas relacionadas con la virtualización. El hipervisor administra múltiples instancias diferentes de sistemas operativos al mismo tiempo, y administra el cambio de procesos entre estas instancias, asegurando que cada máquina virtual pueda acceder a recursos de hardware como el procesador subyacente, la memoria y el disco local. Distribuye los recursos informáticos entre diferentes instancias a través de un mecanismo competitivo, al tiempo que garantiza la independencia relativa entre las diferentes máquinas virtuales.

Antes de que Intel y AMD presentaran la tecnología de virtualización asistida por hardware correspondiente, el problema de rendimiento de la plataforma de virtualización se centraba principalmente en la falta de un conjunto de instrucciones internas correspondientes en el procesador, por lo que no se podía garantizar la tarea de virtualización del procesador. Eficientemente completado. La asignación de estas tareas de virtualización se implementa a nivel de software y, por lo tanto, tiene un desempeño muy pobre en términos de experiencia en máquinas virtuales, control de recursos y eficiencia. En pocas palabras: si una máquina virtual hace algo malo, todo el servidor se ve afectado. Tanto AMD como Intel están trabajando en nuevas actualizaciones de procesadores para satisfacer las nuevas necesidades de virtualización. Estas actualizaciones reducen (o incluso eliminan) la contención de recursos y las limitaciones entre los sistemas operativos invitados, lo que mejora en gran medida la seguridad y el rendimiento de las instancias de máquinas virtuales.

Otro requisito es desde la perspectiva de los proveedores de hardware, ya que Hypervisor proporciona a las máquinas virtuales muchas formas de acceder a los dispositivos básicos de hardware, si una máquina virtual accede al control de hardware subyacente al que no se debe acceder debido a una operación inadvertida. Las interfaces pueden afectar a otras computadoras, por lo que los proveedores de hardware deben proporcionar interfaces especiales para garantizar que las máquinas virtuales no interfieran entre sí en el nivel de hardware.

Intel considera que la tecnología Intel - VT es una tecnología nueva para servidores y computadoras personales de gama alta. Sólo las CPU Intel de gama alta se han unido a esta tecnología. El baño de tecnología AMD-V de AMD se usa ampliamente en las nuevas CPU de AMD, como Phenom II.

Ya sea Intel o AMD, su tecnología de virtualización asistida por hardware, para los desarrolladores, es el conjunto final de conjuntos de instrucciones de CPU. Sin embargo, el conjunto de instrucciones de la CPU entre diferentes proveedores no es compatible. Por ejemplo, la función Flex Migration de Intel - VT permite la migración rápida y fácil de máquinas virtuales entre múltiples servidores físicos que admiten el conjunto de instrucciones Intel - VT en una plataforma virtualizada. Sin embargo, esta función de migración extendida no está disponible para las plataformas de procesadores AMD. La migración entre plataformas de diferentes proveedores de procesadores puede causar serios problemas de rendimiento e incluso fallas en el sistema. Por lo tanto, cuando se construye una infraestructura en la nube, se deben considerar tanto las consideraciones de costo como los problemas de compatibilidad de la infraestructura.

En el trabajo real, la tecnología de virtualización completa y paravirtualización es ampliamente utilizada, seleccionaremos varios tipos de productos de virtualización más comunes y relativamente fáciles de obtener.