如何甄别两种服务器虚拟化软件

　　根据Gartner的预测，到2007年年底，《财富》前1000强中有30%左右的企业，在部署Windows服务器时使用了一种关键的虚拟技术——分区。到今年，那些没有采用虚拟技术的企业将在IA（Intel Architecture，英特尔架构）服务器上多支出25%的费用，而在RISC服务器上的额外支出也高达15%，这其中包括硬件、软件、劳动力和占地空间等各方面的成本。

　　在传统的典型IT架构中，存在许多不合理之处，阻碍着现代企业的灵活性。由于应用被捆绑在固定的平台上，使得各项应用拥有不同的平台，需要有专用的、针对特定应用的开发、测试、生产和灾难恢复环境，而且每个应用环境都需按预计最大负载来构建，彼此之间仅有较低的或根本没有资源共享。

　　目前，在国内企业数据中心，这一传统架构的缺点更加明显，它们普遍根据需求随时添加服务器设备，这些设备基本上都是分散的，具有不同品牌、不同配置，甚至架构也不同，最致命的是在其上运行的应用并不能充分利用服务器的所有资源，只用到15%～20%的服务器资源是普遍现象。使用虚拟化技术可以减少服务器数量的增加，简化服务器管理，同时明显提高服务器利用率、网络灵活性和可靠性。将多种应用整合到少量企业级服务器上即可实现这一目标。通过整合及虚拟化，数百台服务器可以减少至数十台； 10%甚至更低的服务器利用率将提高到60%或更高，IT基础设施的灵活性、可靠性和效率也将得到改进。而实施服务的虚拟化技术，首先要面对的就是软件选型。

　　VMware和Xen的结构特点

　　目前Xen和VMware是市场上主流的两大虚拟化产品。这两大产品背后的架构区别，将带来不同的应用体验。

　　VMware是业界著名的虚拟机产品，其主打产品是VI3 （VMware Infrastructure 3）软件套装。VI3以其杰出的管理能力，受到了广大数据中心的青睐。

　　在VMware中，最核心的软件是 ESX Server.ESX Server直接安装在裸机上，在硬件和操作系统之间形成一个虚拟化层。ESX Server将一台物理服务器划分为多个可移植的虚拟机环境。VMFS（Virtual Machine File System）则是封装ESX Server的存储载体。ESX的虚拟层级实际上包裹了硬件，ESX创建了一个硬件接口层Hardware Interface Layer，所有虚拟机如果想跟硬件通信，必须经过这个硬件接口层，完成诸如内存偏移转换的工作。这里需要强调的是，ESX的特点是完全包裹硬件，不允许程序直接访问硬件。

　　当然，ESX只是VMware最基础的技术，VI3中其余的工具，用于完善虚拟化和可视化管理。其中，DRS（Distributed Resourced Scheduler）可以将多个ESX Server资源合并为群集，同时，按照假定所有资源都在一台主机上的方法，简单管理群集。Virtual SMP可以让单个虚拟机同时使用多个处理器。VMware Vmotion可以使虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器，迁移过程中不用宕机。此外，它也提供虚拟的双机热备和集成备份等功能。最后，所有虚拟化复杂的管理，都可以由Virtual Center虚拟中心控制台轻松完成。

　　Xen VMM（Virtual Machine Monitor）是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够让我们创建更多虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个操作系统上的实例。

　　这些客户OS可以是修补过的Linux 2.4或2.6内核，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化的特性，内核也就不需要打补丁了。比如Intel的VT和AMD的Pacifica处理器都将包括这种功能。

　　在Xen中， "系统管理程序"运行在0环，客户OS运行在1环，应用程序运行在3环。这种关系对于x64有一点不同，就是客户内核和应用程序都运行在3环上。

　　Xen自称为"系统管理程序"，是因为它比客户OS所需的系统管理代码运行的特权级还高。当系统引导的时候，Xen装载到0环的内存中。它在1环上启动修补过的内核，称做domain 0（domain是指一个运行中的虚拟机，在其上有一个guest OS在执行）。从这个domain开始，可以创建更多的domain，也可以销毁它们，还可以进行domain迁移、设置参数等。系统创建的那些domain也运行在1环内核中，用户应用程序运行在3环。

　　目前，修补过的Linux 2.4和2.6内核可以作为domain 0.据Xen开发者所说，将来domain 0仅支持2.6的内核补丁。构造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_build.c中的construct_dom0（）方法中实现的。物理设备驱动程序只能运行在特权级，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其他修补过的OS内核对它所管理的设备提供虚拟化支持。这样的好处就是Xen的开发者不必再去开发设备驱动程序。在一个有标签TLB的处理器上使用Xen能够大大提高性能。标签TLB能够把ASID（Address Space Identifier）放在TLB入口处。有了这个特性，当处理器在系统管理程序和客户OS之间切换时就不需要刷新TLB了，这大大减少了系统开销。

　　最大区别体现在对I/O设备的处理上

　　VMware ESX服务器的架构是建立在直接执行（直接在硬件上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上，从根本上说，它是把一个完整的x86平台导出到虚拟机上。ESX服务器可以使大多数能在x86上执行的操作系统都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。

　　Xen的架构中使用了一种Para虚拟化技术（Para Virtualization），对虚拟出来的客户操作系统（Guest OS）进行修改，使它知道自己是在虚拟环境下运行。

　　这两种方式最大的不同就是对I/O设备的处理。虚拟机I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由在很大程度上影响了虚拟平台架构的性能，以及便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层，这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通信。这种方法能提供很好的性能，但是对于传统操作系统支持有限。

　　在ESX中，虚拟机的虚拟设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。ESX虚拟机可以为其虚拟设备使用现成的（off-the-shelf）驱动。这不仅能提供高性能，还能提供更广泛的操作系统支持。然而在这个模型里，新的设备驱动必须导入到ESX内核中。为了解决I/O虚拟化的平衡问题和复杂性问题，戴尔与英特尔、AMD这样的合作伙伴以及外设硬件供应商一起，在芯片组和I/O设备中引入了虚拟化支持。

　　企业级虚拟化解决方案的另外一个重要部分就是管理。戴尔Open-Manage这样的产品附送VMware Virtual Center、P2V和VMIm-porter，提供了整套工具，能有效进行部署、监控、操作自动化，以及对虚拟IT数据中心进行管理。Novell和Red Hat都在它们的操作系统中整合了对Xen平台的管理，方法是运用像YaST和Anaconda这样的安装和配置工具，以及Virtual Machine Manager这样的管理工具。