NFV关键技术：计算虚拟化总结
发布时间：2022-06-21 14:39:58 所属栏目：系统 来源：互联网
导读：Labs 导读 所谓计算虚拟化，从狭义角度可理解为对单个物理服务器的虚拟化，主要包括对服务器上的CPU、内存、I/O设备进行虚拟化，目的就是实现多个虚拟机能各自独立、相互隔离地运行于一个服务器之上。从广义角度还可延伸到云资源池下，各类资源池组网场景下
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Labs 导读 所谓计算虚拟化，从狭义角度可理解为对单个物理服务器的虚拟化，主要包括对服务器上的CPU、内存、I/O设备进行虚拟化，目的就是实现多个虚拟机能各自独立、相互隔离地运行于一个服务器之上。从广义角度还可延伸到云资源池下，各类资源池组网场景下的CPU、内存、I/O设备等资源进行整合、抽象和虚拟化。 1、服务器虚拟化平台概念回顾 在上一篇文章《虚拟化基础》中，我们介绍虚拟化基础的一些基本概念，这里我们按照服务器平台虚拟化后的一个分层结构来简单回顾下。如下： 一个完整的服务器虚拟化平台从下到上包括以下几个部分： 抽象化的虚拟机硬件：即虚拟层呈现的虚拟化的硬件设备。虚拟机能够发现哪种硬件设施，完全由VMM决定。虚拟设备可以是模拟的真实设备，也可以是现实中并不存在的虚拟设备，如VMware的vmxnet网卡。 虚拟机：相对于底层提物理机，也称为客户机(Guest)。运行在其上的操作系统则称为客户机操作系统(Guest OS)。每个虚拟机操作系统都拥有自己的虚拟硬件，并在一个独立的虚拟环境中执行。通过VMM的隔离机制，每个虚拟机都认为自己作为一个独立的系统在运行。 同时，在上一篇文章《虚拟化基础》中，我们提到过Hypervisor就是VMM。其实，这个说法并不准确，至少在VMware的虚拟化解决方案中不准确，在VMware的ESX产品架构中，VMM和Hypervisor还是有一定区别的，如下图所示。 判断一个VMM能否有效确保服务器系统实现虚拟化功能，必须具备以下三个基本特征： 等价性(Equivalence Property)：一个运行于VMM控制之下的程序(虚拟机)，除了时序和资源可用性可能不一致外，其行为应该与相同条件下运行在物理服务器上的行为一致。 资源可控性(Resource Control Property)：VMM必须能够完全控制虚拟化的资源。 效率性(Efficiency Property)：除了特权指令，绝大部分机器指令都可以直接由硬件执行，而无需VMM干涉控制。 上述三个基本特征也是服务器虚拟化实现方案的指导思想。 2、x86平台虚拟化面临的问题与挑战 基于x86的操作系统在一开始就被设计为能够直接运行在裸机硬件环境之上，所以自然拥有整个机器硬件的控制权限。为确保操作系统能够安全地操作底层硬件，x86平台使用了特权模式和用户模式的概念对内核程序与用户应用程序进行隔离。在这个模型下，CPU提供了4个特权级别，分别是Ring0、1、2和3。如下图所示： 但是...但是...但是...x86平台的指令集是不虚拟化的。为什么这么说?首先我们来看下x86平台指令集分类，x86平台的指令集大致分为以下4类： 访问或修改机器状态的指令。 访问或修改敏感寄存器或存储单元的指令， 比如访问时钟寄存器和中断寄存器。 访问存储保护系统或内存、地址分配系统的指令(段页之类)。 所有I/O指令。 其中，1~4在x86平台都属于敏感指令，第1、4类指令属于敏感指令中的特权指令，由操作系统内核执行，Guest OS在执行两类指令时，因为不处于Ring 0级别，所以会陷入，并抛出异常，这个异常会被VMM捕获，然后模拟Gust OS去执行，并将执行结果返回给Guest OS。到此为止，一切都OK。但是，第2、3类指令属于非特权指令，可以由应用程序调用，也就是可以在Ring 3级别执行，并调用Guest OS内核进程来完成。当应用程序调用这些指令时，由于要修改内存和内部寄存器，这些状态修改需要由Guest OS完成，而Guse OS此时运行在Ring 1级别，虽然也会发生陷入，但是不会抛出异常，这样VMM就捕获不到，也就无法模拟完成。因此，当Guest OS执行这些指令就会导致虚拟机状态异常，甚至影响服务器的状态。在x86平台下，这类指令共有19个，我自己称之为x86平台敏感指令中的边界指令。 （编辑：云计算网_泰州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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