揭秘云計算IaaS的核心技術(shù)

Freeman 發(fā)布于2019-04-28 19:29 / 1527人閱讀

摘要：可以說虛擬化技術(shù)是實現(xiàn)云計算基礎(chǔ)架構(gòu)層面的核心技術(shù)。虛擬為每個虛擬機(jī)的準(zhǔn)備了一個虛擬寄存器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跟蹤著所有寄存器中的值。的全部狀態(tài)其實就是所有寄存器的值，只要在看來寄存器的值沒問題，就可以正常執(zhí)行。如果訪問模式的寄存器，是不會管的。

我們知道云計算平臺上面的云主機(jī)實際上都是虛擬機(jī)，但我們感覺不出來，用起來和一臺真實的服務(wù)器沒什么區(qū)別，這都要歸功于虛擬化技術(shù)（Virtualization）?？梢哉f虛擬化技術(shù)是實現(xiàn)云計算基礎(chǔ)架構(gòu)層面（IaaS）的核心技術(shù)。那么這種虛擬化技術(shù)究竟是怎么回事？

云計算所使用的虛擬化技術(shù)，其實并不是一項新技術(shù)。1998年成立的VMWare（威睿）公司就是做虛擬機(jī)軟件的，后來被數(shù)據(jù)存儲技術(shù)公司EMC（易安信）收購了，再后來EMC又被Dell收購了。

我們先不談VMware公司的歷史，重點說一下他們的虛擬機(jī)軟件：VMware Workstation。這個軟件允許多個x86虛擬機(jī)同時被創(chuàng)建和運行。每個虛擬機(jī)實例可以運行其自己的客戶機(jī)操作系統(tǒng)（Guest OS），如Windows、Linux、BSD等。說白了就是，VMware Workstation允許一臺真實的計算機(jī)同時運行好幾個操作系統(tǒng)。

從底層操作系統(tǒng)來看，每個虛擬機(jī)都是一個用戶進(jìn)程；從虛擬機(jī)中的的Guest OS來看，自己擁有整個計算機(jī)。

虛擬機(jī)的工作原理

虛擬機(jī)軟件解決了一個關(guān)鍵的技術(shù)問題：就是如何讓Guest OS認(rèn)為自己正運行在一個真實的計算機(jī)上。

VMware的架構(gòu)圖

管理多個虛擬機(jī)的軟件叫做VMM（Virtual Machine Monitor），或者叫hypervisor。VMM做了三件事來欺騙Guest OS：分別是虛擬CPU、虛擬內(nèi)存、虛擬I/O。

虛擬CPU：為每個虛擬機(jī)的CPU準(zhǔn)備了一個虛擬寄存器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，跟蹤著CPU所有寄存器中的值。CPU的全部狀態(tài)其實就是所有寄存器的值，只要在Guest OS看來寄存器的值沒問題，Guest OS就可以正常執(zhí)行。

Guest OS作為一個用戶進(jìn)程，實際上運行在CPU的ring3模式（最低權(quán)限），但VMM讓它以為自己運行在CPU的ring0模式（特權(quán)模式）。如果Guest OS訪問ring3模式的寄存器，VMM是不會管的。但如果Guest OS試圖訪問一些ring3模式的寄存器，VMM就直接修改虛擬寄存器的值，讓Guest OS認(rèn)為自己真的操作了這些特權(quán)模式下才能訪問的寄存器。

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