揭秘云計算IaaS的核心技術

Freeman 發布于2019-04-28 19:29 / 1468人閱讀

摘要：可以說虛擬化技術是實現云計算基礎架構層面的核心技術。虛擬為每個虛擬機的準備了一個虛擬寄存器的數據結構，跟蹤著所有寄存器中的值。的全部狀態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實際上都是虛擬機，但我們感覺不出來，用起來和一臺真實的服務器沒什么區別，這都要歸功于虛擬化技術（Virtualization）。可以說虛擬化技術是實現云計算基礎架構層面（IaaS）的核心技術。那么這種虛擬化技術究竟是怎么回事？

云計算所使用的虛擬化技術，其實并不是一項新技術。1998年成立的VMWare（威睿）公司就是做虛擬機軟件的，后來被數據存儲技術公司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軟件：VMware Workstation。這個軟件允許多個x86虛擬機同時被創建和運行。每個虛擬機實例可以運行其自己的客戶機操作系統（Guest OS），如Windows、Linux、BSD等。說白了就是，VMware Workstation允許一臺真實的計算機同時運行好幾個操作系統。

從底層操作系統來看，每個虛擬機都是一個用戶進程；從虛擬機中的的Guest OS來看，自己擁有整個計算機。

虛擬機的工作原理

虛擬機軟件解決了一個關鍵的技術問題：就是如何讓Guest OS認為自己正運行在一個真實的計算機上。

VMware的架構圖

管理多個虛擬機的軟件叫做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、虛擬內存、虛擬I/O。

虛擬CPU：為每個虛擬機的CPU準備了一個虛擬寄存器的數據結構，跟蹤著CPU所有寄存器中的值。CPU的全部狀態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就可以正常執行。

Guest OS作為一個用戶進程，實際上運行在CPU的ring3模式（最低權限），但VMM讓它以為自己運行在CPU的ring0模式（特權模式）。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認為自己真的操作了這些特權模式下才能訪問的寄存器。

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