云端作业系统基本架构-学习资源服务平台.ppt

虛擬化[23]就是在一個實體主機可以同時運行多個作業系統，每個作業系統可以自主執行其應用程式。 虛擬化技術[24]可分為伺服器虛擬化、桌面虛擬化、網路虛擬化以及儲存虛擬化，這邊談的是前兩者。 雲端計算的基礎之一就是虛擬化，即是多部虛擬機VMs透過虛擬層Hypervisor做CPU、memory、IO devices 的emulation。 伺服器虛擬化又區分為 全虛擬化 旁虛擬化 硬體支撐的虛擬化 虛擬化技術 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 全虛擬化(Full Virtualization) – VMware ESX Server[25]為代表。 一個“可執行代碼翻譯”(binary translation)方法將這些指令的可執行代碼轉變為一系列新的指令順序可以得到硬體虛擬化支援 ； 全虛擬化的hypervisor(即ESX)將硬體平臺上的所有的輸入輸出設備也都虛擬化了，它含有所有這些設備驅動器。例如VMware ESX/ESXi Server、KVM。 CPU虛擬化技術的類型 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 旁虛擬化(Para Virtualization) – Citrix XenServer[26]和Microsoft Hyper-V[27]為代表。 guest OS自身不帶有設備驅動器而“向旁尋找”host OS幫助，因此又稱為OS-Level-assisted Virtualization。 需要modified guest OS 以便對一些虛擬化的OS指令，在guest OS中植入這些hypercalls使程式流程主動進入hypervisor以獲得“無害化”處理。例如Xen [28]、MS Hyper-V R2。 CPU虛擬化技術的類型 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 硬體支撐的虛擬化(Hardware-Assisted Virtualization)– Intel VT-x [23]和 AMD-V[29]為代表。 對處理器硬體作了修改，使前面提到的guest OS“低特權態部位發出的敏感指令”能夠自動被hypervisor截獲，無需要modified guest OS或binary translation 並對IO設備執行DMA的動作做了統一管理。例如 Intel VT-x、VT-d、VT-c和AMD-V。 CPU虛擬化技術的類型 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 全虛擬化：由VMM對裝置進行模擬 半虛擬化：前/後端模擬。VMM 中提供簡單的驅動程式，Guest OS 中是實體驅動程式 軟體模擬：以軟體模擬虛擬的 I/O 裝置 直接劃分：必須要有硬體支援，將實體 I/O 劃分給各 Guest OS。 I/O 虛擬化 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 為實現記憶體虛擬化，記憶體系統有三種位址機器位址 (Machine Address, MA) 虛擬機器實體位址 (Guest Physical Address, GPA) 虛擬位址 (Virtual Address) 記憶體管理單元 Memory Management Unit (MMU) 只能轉換一次虛擬位址?偽實體位址 為解決轉換真正實體位址之效率問題，使用 MMU Paravirtualization Shadow Page Table 記憶體虛擬化 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 檔案/記錄層：上層應用與儲存資源間的介面，採用檔案系統或資料庫方式，隱藏底層硬體資訊 區塊聚合層：將上層的資料轉成區塊，並對映至下層 存放裝置層：主要針對實體位址進行識別，完成邏輯/實體位址對映 儲存虛擬化 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * Virtual Network Adapter 兩張網卡，一張接外網交換機，一張接內網交換機 Virtual Bridge 可以用來管控實體機內與實體機外的封包 網路虛擬化 虛擬網卡 虛擬網卡 虛擬網卡 虛擬橋接器 實體網卡 * Cloud Operating System - Unit 02: 雲端作業系統基本架構 * 寄居架構(Hosted Architecture) –硬體已安裝了主作業系統，虛擬層被當做「應用程式」被安裝在主作業系統上，主作業系統直接存取硬體、控制和分配資源。虛擬