6.虚拟化历史

6. 虚拟化历史

6.1. 虚拟化概念

6.1.1. 什么是虚拟化

虚拟化（Virtualization）的含义很广泛。将任何一种形式的资源抽象成另一种形式的技术都是虚拟化，是资源的一种逻辑表示。解除了物理硬件和操作系统之间的紧耦合关系。

• 虚拟化是云计算的基础。简单地说，虚拟化使得在一台物理的服务器上可以跑多台虚拟机，虚拟机共享物理机的CPU、内存、IO硬件资源，但逻辑上虚拟机之间是相互隔离的。
• 在计算机方面，虚拟化一般指通过对计算机物理资源的抽象，提供一个或多个操作环境，实现资源的模拟、隔离或共享等。本质上，虚拟化就是对硬件资源的一种抽象与模拟。
• 通过空间上的分割、时间上的分时以及模拟，虚拟化可将一份资源抽象成多份，亦可将多份资源抽象成一份。

6.1.2. 虚拟化中的重要概念

• Guest OS 虚拟机操作系统
• Guest Machine 虚拟机
• Hypervisor 虚拟化软件层/虚拟机监控机（Virtual Machine Monitor，VMM）
• Host OS 运行在物理机之上的OS
• Host Machine 物理机

6.2. 虚拟化历史

• 1964年，IBM就在自己的大型机上去尝试虚拟化
• 1972年，IBM推出实现了大型机上的虚拟机
• 1993年，IBM推出可升级的POWER并行系统，这是第一款采用RS/6000技术，基于微处理器的超级计算机。
• 1998年，著名的x86仿真模拟器Bochs发布。
• 1998年，VMware成立，1999年推出了可以流畅运行的商业虚拟化软件VMware Workstation。从此虚拟化技术终于走下了大型机的神坛。
• 1999年，IBM在AS/400上第一次提出了LPAR（Logical Partition，逻辑分区）虚拟化技术。
• 2000年，Citrix（思杰）桌面虚拟化产品发布。
• 2002年，Xen正式开源
• 2004年，IBM发布了虚拟化解决方案APV（Advanced Power Virtualization），支持资源共享。该方案在2008年改名为PowerVM。
• 2005年，Xen 3.0.0发布，该版本可以在32位服务器上运行，是第一个支持Intel VT-x的虚拟机监控程序。
• 2006年，以色列的创业公司Qumranet在完成了虚拟化Hypervisor基本功能、动态迁移以及主要的性能优化之后，正式对外宣布了KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机）的诞生。
• 2006-至今，云计算与大数据时代。
• 2007年，德国InnoTek公司开发了VirtualBox虚拟化软件，后被美国甲骨文Oracle。
• 2008年，Linux Container（LXC）发布0.1.0版本，可以提供轻量级的虚拟化。
• 2010年，红帽发布RHEL 6.0，这个版本将默认安装的Xen虚拟化机制彻底去除，仅提供KVM虚拟化机制。红帽在6.0加入Xen虚拟化，5.4版本xen和kvm虚拟化并行。
• 2013年，Docker推出
• 2015年，Kubernetes v1.0发布，进入云原生时代。

6.3. Xen 和 kvm 区别

Xen虚拟化简介

Xen的Hypervisor是服务器经过BIOS启动之后载入的首个程序，然后启动一个具有特定权限的虚拟机，称之为Domain 0（简称Dom0）。Dom0的操作系统可以是Linux或Unix，Domain 0实现对Hypervisor控制和管理功能。在所承载的虚拟机中，Dom0是唯一可以直接访问物理硬件（如存储和网卡）的虚拟机，它通过本身加载的物理驱动，为其它虚拟机（Domain U，简称DomU）提供访问存储和网卡的桥梁。

KVM虚拟化简介

• KVM（Kernel-based Virtual Machine）是基于内核的虚拟机。
• KVM本质是Linux内核中的虚拟化功能模块kvm.ko，利用Linux做大量的事，如任务调度、内存管理与硬件设备交互等。
• KVM是开源软件，于2007年2月被集成到Linux 2.6.20内核中。
• KVM中，虚拟机其实就是一个Linux进程，由CPU进行调度运行。
• KVM运行在内核空间，提供CPU、内存的虚拟化，它本身不执行任何模拟。运行在用户空间的QEMU提供硬件I/O的虚拟化模拟。

Xen vs KVM

• Xen平台架构侧重安全性：为保证安全性，各Domain对共享区域的访问和映射必须通过Hypervisor授权。
• KVM平台架构侧重性能：VM之间以及与Host Kernel之间对共享区域的访问和映射无需Hypervisor进行授权，故整个访问路径较短。使用Linux Baremetal内核，无PVOPS性能损耗。

6.4. Hypervisor（VMM）分类

Hypervisor 虚拟化软件层/虚拟机监控机（Virtual Machine Monitor，VMM）

裸金属型/宿主型

**裸金属型：**直接运行在硬件设备上。

​ 直接安装在物理服务器上，VMM os在物理硬件上运行

**宿主型：**运行在具有虚拟化功能的操作系统上。

​ 物理硬件上安装运行的操作系统，通过虚拟化软件（充当VMM）

6.5. 虚拟化技术分类

虚拟化的类型

分类	说明
全虚拟化	使用VMM实现CPU、内存、设备I/O的虚拟化，而Guest OS和计算机系统硬件都不需要进行修改。该方式兼容性好，但会给处理器带来额外开销。
半虚拟化	使用VMM实现CPU和内存虚拟化，设备I/O虚拟化由Guest OS实现。需要修改 Guest OS，使其能够与VMM协同工作。该方式兼容性差，但性能较好。
硬件辅助虚拟化	借助硬件（主要是处理器）的支持来实现高效的全虚拟化。该方式不需要修改Guest OS，兼容性好。该技术将逐渐消除软件虚拟化技术之间的差别，成为未来的发展趋势。

二进制翻译技术VMware率先实现的，本质就是通过VMM来回翻译，里面的虚拟机永远不知道自己是个虚拟机，所以Binary Translation（BT）性能可能不是很好。

BT就是一个软件实现的完全虚拟化。

意味着早期（xen）半虚拟化只支持 linux （开源），而不支持windows。

硬件辅助虚拟化：直接在cpu底层修改cpu架构，cpu会直接捕获那些出现漏洞的指令集，通过cpu硬件辅助执行，效率非常高。Vmware 安装 64位操作系统，如果未开启vt-x或amd-v cpu辅助虚拟化，那么是无法创建的。因为考虑性能问题，必须开启。

报错了。bios未开启虚拟化。解决:进入bios,找到cpu配置选项，virtualization on (开启)

注意：半虚拟化是早期xen的解决方案，但是有了cpu硬件辅助虚拟化之后，xen虚拟化也通过cpu硬件辅助虚拟化，可以实现完全虚拟化。

所以现在的XEN：靠自己支持半虚，靠cpu支持全虚。

• 二进制翻译和cpu硬件辅助：完全虚拟化（软件完全虚拟化/硬件辅助完全虚拟化）

• Xen：早期半虚拟化代表

• 全虚：特权和敏感指令集都是由VMM来传递，来回传递翻译，效率低。不知道自己的身份。

• 半虚：guest os 明确自己的身份，修改内核，要求系统必须开源，指令无需中间虚拟化的封装解码操作，速度相对比较快。性能好一些。

• 硬件辅助：修改cpu底层架构，cpu直接捕获敏感指令进行执行，硬件执行效率最高（现在计算机默认使用的模式）不知道自己是虚拟机。(硬件辅助 特权指令由cpu直接捕获)

统必须开源，指令无需中间虚拟化的封装解码操作，速度相对比较快。性能好一些。

• 硬件辅助：修改cpu底层架构，cpu直接捕获敏感指令进行执行，硬件执行效率最高（现在计算机默认使用的模式）不知道自己是虚拟机。(硬件辅助 特权指令由cpu直接捕获)