第三章操作系统适配.pptx

第三章 操作系统适配技术与多机虚拟化;操作系统适配技术研究在虚拟化环境下，如何修改操作系统使得整个虚拟化环境的性能得到提高、功能得到增强。 目的： 将操作系统移植到虚拟环境下，并且能最大程度的提高其性能 当执行虚拟机监视器管理功能时，能够从客户OS内获得支持 为某个特定的应用场景定制操作系统;3.1迁入虚拟化环境;;;1.存储管理（虚拟内存管理器） 名词解释： 机器内存 VMM管理了硬件机器上的所有内存 物理内存 VM需要拥有自己的连续内存，从页面0到页面n P2M 每个VM对应一个物理内存页面到机器内存页面的映射表 M2P VMM维护了一个全局的机器页面到物理页面的映射表 ;《计算机系统虚拟化方法》P83，图3-16修改如下：;Xen主要引入了三个机制来实现内存虚拟化。 假设VMM和VM处于不同的虚拟地址空间，这样他们每次切换都会导致TLB被整体刷新，从而引起巨大的性能损失，所以Xen将其内核与虚拟机放置在同一个虚拟地址空间。 其次，在虚拟环境中，需要在原先的物理地址之下又新增一层机器地址层，而这三层之间的映射是客户OS本身无法处理的，所以Xen引入P2M表，并修改客户OS的代码，让其直接通过这个P2M表来有效获得相应的机器地址。;;2.CPU管理（虚拟CPU） 要想客户OS之间不互相影响，我们必须修改客户OS的特权级。 在X86体系结构上，将OS的特权级改为Ring1即可。 将客户OS移植进入半虚拟化环境，主要做以下修改： 对特权指令的处理 对中断的处理 ;3. I/O设备管理 I/O设备的虚拟化主要包括： I/O接口的虚拟化 Xen将I/O设备访问权限指派给特权虚拟机（Dom0），该特权虚拟机能够直接访问物理设备，并向其他VM提供物理设备的软件接口（驱动器），其他VM使用这个软件接口简介访问设备。 硬件中断的虚拟化 ;中断虚拟化;在I/O系统这块，Xen有很大的创新。 采用前端和后端机制来处理I/O。 前端（DomU）驱动的作用是通过一个超级调用来将客户OS的I/O请求写入一个环形缓冲区中。 后端（Dom0）驱动则会读取环形缓冲区中的第一个I/O请求，并通过本地的I/O驱动来执行这个请求。;采用前端和后端的优劣： 优点： 可以使用Dom0现成的I/O驱动 可以支持多种I/O优化技术 缺点： 要预留资源给Dom0，让他能迅速执行实际的I/O操作 4.移植OS到Xen的代价 《计算机系统虚拟化方法》P85，表3-3.;;;;3.2支持虚拟机管理;3.2.1动态迁移 定义 让一台运行中的虚拟机从一台主机迁移到另一台主机，并确保在他上面运行的应用在迁移过程中正常运行。 好处： 排除危险 方便维护 资源优化;动态迁移在整个过程中需要满足以下几个原则 在同一时刻只能在一台主机上有唯一一个完整的虚拟机 整个迁移工程需要被视为两个主机之间的事物操作 虚拟机在新主机上所面临的关机的危险应该比之前更低 不论是在迁移过程中，还是迁移过程后，虚拟机都要维持一样的IP和MAC地址 在整个迁移过程中，虚拟机上的应用需保持稳定，并且用户体验不会受到过多的影响。;;3.3为特殊项目定制;3.4虚拟装置;创建虚拟装置的主要步骤： 优化操作系统 根据需求越小越好，方便在网络上上传下载 初始化设置 尽量不需要用户去修改其配置 添加标准组件 必要的操作系统、命令行控制台、Web管理控制台 虚拟机设置 虚拟装置创建在一个虚拟机内部，提供服务器端服务，可把不需要的一些虚拟硬件移出 打包和发布 将创建的一个虚拟装置测试通过后，压缩成.zip;3.5系统级多机虚拟化;《计算系统虚拟化》P96，图3-24.理想状态下的多级虚拟化系统结构。 系统级多机虚拟化的优势： VMM能够通过页面复制和迁移技术，将集群的若干个结点抽象为一台共享内存计算机，使得用户能够直接使用基于共享内存的并行编程模型为集群开发程序，此举大大简化了分布式软件的开发流程 系统级虚拟化是针对整个计算机系统展开的，因此资源整合对上层的应用程序以及操作系统来讲都是完全透明的，此举大大提高虚拟计算系统的兼容性;由于每个虚拟机相当于一个资源容器，利用系统级多机虚拟化技术，可方便的在集群上构建一层可伸缩的资源容器 利用虚拟机的隔离性和可控性，可以虚拟机为单位，部署不同安全等级的计算域，以提高集群系统的安全性和可靠性 系统级多机虚拟化方法，将整合多机资源的工作在VMM这样一个相对独立的软件层次上完成，其实现开销远远低于设计一个全新的分布式操作系统;3.5.2系统级多机虚拟化的主要方法 系统级多机虚拟化希望在一个集群的每个结点上部署VMM，这些VMM通过高速的网络连接相互通信和协作，向上提供一个或多个整合后的虚拟执行环境。 在多机平台上，其虚拟化的方法与传统的硬件虚拟化相比或多，或少会有新的特点，但思路基本相同 将重点