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从虚拟化到云计算 (三) 编写自己的 VMWare

我一直认为要了解虚拟化,最好的方法是自己编写一个 VMM 应用程序。这有助于对硬件辅助虚拟化技术的深入理解。本文将离开前面两篇文章的理论论述,开始动手编写一个自己的 VMWare。1

本文将要创建的应用程序将会完成: 做好CPU 虚拟化的预备工作;创建客户机;进入并退出该客户机。为了简单起见,我们只针对 X64 模式来实现。该代码只演示了基本的 VMX 功能,也不一定兼容你手上的 CPU,你不过你可以使用 Bochs 并启用虚拟化,然后你就可以测试这些代码了。

我们先对专有名词做一下简单介绍:

  • VMM (虚拟机监视器 — Virtual Machine Monitor) 宿主程序
  • VM (虚拟机 —Virtual Machine)客户机程序
  • 根操作 (Root Operation) VMM 所执行的代码与上下文
  • 非根操作 (Non Root Operation) VM 所执行的代码与上下文
  • VMX 切换: 从宿主机切换到客户机(VMEntry) 或者从客户机切换到宿主机 (VMExit)
  • VMCS:控制 VM 和 VMX 切换的数据结构
  • VM Entry: 从宿主机到客户机的切换
  • VM Exit:由于某种原因,从客户机到宿主机的切换

VMX 操作的生命周期

  • VMM 检查 CPU 是否支持虚拟化 (CPUID) 并启用 (CR4 和 VMXON)
  • VMM 为每一个 VM 初始化一个 VMCS 控制结构。通过 VMPTRST 和 VMPTRLD 指令告诉 CPU 其指针的位置。VMCS 的读写通过指令 VMREAD, VMWRITE 和 VMCLEAR 来完成。
  • VMM 通过 VMLAUNCH 或者 VMRESUME 指令进入 VM
  • VM 通过 VMEXIT 退出到 VMM
  • 反复进行上面的操作
  • VMM 执行 VMXOFF 将自己关闭

 

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深入理解OpenStack (二) 在 Nova 中启动实例

想了解云计算可以做什么,就意味着你必须掌握虚拟化概念。通过虚拟化,你可以在虚拟机上而不是物理计算机上运行操作系统和应用程序。要使用虚拟机,你必须提供一个镜像文件,它包含了运行虚拟机所需的信息:包括要运行的操作系统、用户的登录名和密码、储存在系统上的文件等等。

在 OpenStack 核心项目中,Nova 项目可谓是核心中的核心。正如 OpenStack 网站所介绍的,Nova 是 IaaS 系统的主要部分, 旨在为大规模的配置和管理虚拟机实例提供一个框架。与 Amazon 的EC2 服务的功能类似,它允许用户使用自己的镜像文件,通过可编程 API 创建、管理和销毁虚拟服务器。

Nova 生产环境的配置模式
从功能上看, Nova 平台中有两类节点: 控制节点和计算节点,其角色由安装的服务决定,控制节点包括网络控制 Network、调度管理 Scheduler、api服务、存储卷管理、数据库管理、身份管理和镜像管理等,计算节点主要提供 nova-compute 服务。节点之间使用 AMQP 作为通讯总线,只要将 AMQP 消息被写入特定的消息队列中,相关的服务就可以获取该消息进行处理。由于使用了消息总线,因此服务之间是位置透明的,你可以将所有服务可以部署在同一台主机上,即 All-in-One(一般用于测试),也可以根据业务需要,将其分开部署在不同的主机上。

用在生产环境 Nova 平台配置一般有三种类型:

最简配置:需要至少两个节点,除了 nova-compute 外所有服务都部署在一台主机里,这台主机进行各种控制管理,即控制节点。

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从虚拟化到云计算(一)概述

文章评价:

在计算机科学领域中,虚拟化有广义和狭义两种概念。广义上来说,虚拟化代表着对计算资源的抽象,而不仅仅局限于虚拟机的概念。例如对物理内存的抽象,产生了虚拟内存技术,使得应用程序认为其自身拥有连续可用的地址空间(Address Space),而实际上,应用程序的代码和数据可能是被分隔成多个碎片页或段),甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上,即使物理内存不足,应用程序也能顺利执行。

狭义的虚拟化技术,则通常指的是硬件虚拟化技术,即计算元件在虚拟的硬件基础上而不是真实的硬件基础上运行。将这个概念应用到计算机系统中,可以在一台计算机上同时运行多个操作系统(例如,一台计算机可以同时运行 Linux 和 Windows),不同用户看到不同的单个系统,而且每一个操作系统中都有多个程序运行,每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上。这通常称为全虚拟化(full virtualization)。

硬件虚拟化也可以有更加复杂的格式,例如单个计算机看上去具有多个架构(对于一个用户来说,它是一个标准的 x86 平台;对于另外一个用户来说,它是 IBM Power PC 平台)。这种虚拟化形式通常被称为硬件仿真。

反之,更加简单的一种硬件虚拟化是操作系统虚拟化 (OS Level Virtualization),其中一台计算机可以运行相同类型的多个操作系统。在传统操作系统中,所有用户的进程本质上是在同一个操作系统的实例中运行,因此内核或应用程序的缺陷可能影响到其它进程。操作系统级虚拟化是一种在服务器操作系统中使用的轻量级的虚拟化技术,内核通过创建多个虚拟的操作系统实例(内核和库)来隔离不同的进程,不同实例中的进程完全不了解对方的存在。比较著名的有 Solaris Container,FreeBSD Jail 和 OpenVZ 等。

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