虚拟化技术大观 – Ring0.pdf

12/ 1/ 2015 虚拟化技术大观 – Ring0 in  Lect ure 虚拟化技术大观 按：2014 年 11 月 21  日，笔者在阿里巴巴技术俱乐部的虚拟化技术交流会 暨 “ 大云 3.0” 发布会上分享了一些对虚拟化技术的浅见，整理、补充后 与诸位探讨。 （长文慎入） 虚拟化技术大家都不陌生，我们大都使用过诸如 VMWare、VirtualBox 的 虚拟机软件。一些人认为，虚拟化技术是近几年跟着云计算的潮流才火起 来的，十年前只是桌面用户测试其他操作系统的玩具。非也。只要计算机 上同时运行着多个任务，就会有任务隔离的需求，虚拟化就是让每个任务 看起来独占整个计算机、隔离任务之间影响的技术。早在计算机还是庞然 大物的 20 世纪 60 年代，虚拟化技术就开始发展了。 https:// ring0.me/ 2014/ 12/virtualization-overview/ 1/ 30 12/ 1/ 2015 虚拟化技术大观 – Ring0 IBM 7044 黑历史：硬件虚拟化 1964 年的 IBM M44/44X 被认为是世界上第一个支持虚拟化的系统。它采 用专门的硬件和软件，能够在一台物理机器上虚拟多个当时流行的 IBM 7044 大型机。它使用的虚拟化方法是非常原始的：像分时系统一样，在每 个时间片，一个 IBM 7044 大型机独占所有硬件资源来运行。 值得一提的是，这个研究用的原型系统不仅开启了虚拟化技术的时代，也 提出了 “分页” 这样一个重要的概念 （因为每个虚拟机需要使用虚拟地 址，这就需要一层虚拟地址到物理地址的映射）。 在那个 “进程” 概念尚未被发明的年代，多任务操作系统和虚拟化技术事 实上是难以分开的，因为 “虚拟机” 就是一个任务，而且当时还没有 Intel x86 这种霸主地位的体系结构，各家的大型机各自为政，也谈不上兼容别 家的体系结构。这种 “任务级” 或者说 “进程级” 虚拟化，从概念上延续到 今天，就是以 LXC 和 OpenVZ 为代表的操作系统级虚拟化。 这种主要依赖定制的硬件来实现虚拟化的技术，史称 “硬件虚拟化”。在这 个什么都要 “软件定义” 的时代，大型机已经日薄西山，大部分依赖硬件 的虚拟化也进了历史博物馆。今天我们看到的虚拟化技术，大多是软件为 主，硬件为辅。下图所示的划分没有严格的界限，而且一种虚拟化解决方 案可能同时使用了下图中的多种技术，因此不要在意这些细节啦~ https:// ring0.me/ 2014/ 12/virtualization-overview/ 2/ 30 12/ 1/ 2015 虚拟化技术大观 – Ring0 从模拟执行到二进制翻译 前面提到大型机时代各大厂商各有各的体系结构和指令集，为什么没有出 现各种指令集之间的翻译软件呢？须知，思 就是靠兼容各家网络设备和 协议起家的 （这里面还有八卦，创办思 的那对小情侣希望使用计算机网 络传递情书，但网络设备五花八门的，于是他们就发明了兼容多种协议的 路由器）。 https:// ring0.me/ 2014/ 12/virtualization-overview/ 3/ 30 12/ 1/ 2015 虚拟化技术大观 – Ring0 思 第一台路由器 在网络协议之间翻译和在指令集之间翻译，都是机械、冗长、繁琐的事 情，能把它做对，考虑到各种边角情况，是需要无比天才和细心的事情。 指令集比网络协议麻烦的地方是，指令的边界 （哪里是第一条指令，哪里 是最后一条指令）未知，可能执行特权操作 （如重启），还能把动态生成 的数据作为代码来执行