虚拟化技术在新一代云计算数
的应用研究
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谍作系统
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２ 虚拟化技术的发展过程和现状
２．１虚拟机演进路径
虚拟化技术源于大型机。早在上世纪６Ｏ年代，ＩＢＭ公
司就发明了一种操作系统虚拟机技术，允许在一台主机上
运行多个操作系统，让用户尽可能地充分利用昂贵的大型
机资源。随着技术发展和市场竞争的需要，大型机上的技
术开始向小型机或ＵＮＩＸ，ＥＪ￣．务器移植。ｌＢＭ、ＨＰ和Ｓｕｎ后
来都将虚拟化技术引入各自高端ＲＩＳＣ￣ＪＥ务器系统中。 经过４０多年的发展，虚拟化技术获得了长足的进
步，服务器虚拟化技术也随着应用的普及日臻完善。随着 Ｘ８６ Ｊ￣Ｅ务器性能的提升和应用普及，大量的Ｘ８６￣ＪＥ务器已
经慢慢成为ＩＴ管理的难点，虚拟化技术也开始逐渐在ｘ８６
架构上流行起来，以控制服务器的无度增长以及提高服务
器资源的利用率。
２．２虚拟化技术的现状
目前有４种类型的虚拟化技术：
（１）完全虚拟化
目前最主要的虚拟化方法，使用名为ｈｙｐｅｒｖｉｓｏ ｒ的
种软件．在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象
层。ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ可以捕获ＣＰＵ指令，为指令访问硬件控带ｌ｜
器和外设充当中介。在完全虚拟化的环境下，ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ
运行在裸硬件上，充当主机操作系统，而由ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ管
理的虚拟服务器运行客户端操作系统（ｇｕｅｓｔ ＯＳ）。完全 虚拟化技术的优点是操作系统不用改动就能安装到虚拟
服务器上；主要缺点是，ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ给处理器带来开销。
ＶＭｗａｒｅ和微软的ＶｉＲｕａｌ ＰＣ是该方法的两个代表性商用产
品，而基于核心的虚拟机（ＫＶＭ）是面向Ｌｉｎｕｘ系统的开源
产品。
（２）准虚拟化 准虚拟化（ｐａ ｒａ—ｖｉ ｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）减轻了处理器的负
第５卷第６期 Ｖ０】．５ Ｎｏ．６ 读与写杂志 Ｒｅａｄ ａｎｄ Ｗｒｉｔｅ Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ ２００８年６月 Ｊｕｎｅ ２００８ 浅谈现代计算机系统中的虚拟技术 江志华余东明 （乐山师范学院数学系 四川 乐山 ６１４００４） 摘 要：虚拟技术的实现对提高计算机系统的性能和工作效率、起到了举足轻重的作用 文章通过阐述虚拟ＣＰＵ．虚拟存储 虚拟 设备、虚拟文件系统等在计算机系统中的应用和工作原理，对计算机系统中应用到的虚拟技术作了初步的探讨。 关键词：计算机虚拟技术虚拟ＣＰＵ虚拟存储虚拟设备ＶＦＳ 中图分类号：６４３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－１５７８（２００８）６－００８０—０２ １ 引言 随着信息化社会的到来，人们对信息处理的速度要求越 来越高。计算机作为信息处理的重要工具，人们总是在为提 高它的性能和工作效率不断地做出努力。虚拟技术的实现对 计算机系统的性能和工作效率的提高，起到了举足轻重的作 用。虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算 元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术 可以扩大硬件的容量，提高系统的吞吐量，简化软件的重新 配置过程。在现代计算机系统中，采用了多种虚拟技术，比如 虚拟多系统、虚拟ＣＰＵ、虚拟存储器、虚拟设备、虚拟文件文件 系统（ＶＦＳ）等。 ２ 虚拟多系统 虚拟多系统是通过使用虚拟技术，用单ＣＰＵ模拟多ＣＰＵ 并行工作，实现在一个平台上同时运行多个操作系统。虚拟 技术使每一个操作系统都运行在一个虚拟的ＣＰＵ或者是虚拟 主机上。在每一个操作系统中都可以并发运行多个程序，每 个程序都运行在相互独立的空间内而互不影响，从而显著提 高计算机的工作效率。 虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多 任务是指在一个操作系统中同时运行多个任务；而超线程技 术只是单ＣＰＵ模拟双ＣＰＵ来平衡程序运行性能，这两个模拟 出来的ＣＰＵ是不能分离的，只能协同工作。 实现虚拟多系统有纯软件的实现方案和虚拟ＣＰＵ的硬件 实现方案。 ２，１纯软件的实现方案 在计算机系统中可以采用纯软件的方法虚拟多系统。如 运行ＶＭｗａｒｅ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ、Ｖｉｒｔｕａｌ ＰＣ等“虚拟Ｐｃ”软件就可 以让单ＣＰＵ模拟多ＣＰＵ并行，实现单机同时运行多操作系统。 以ＶＭｗａｒｅ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ为例，它能实现在一台机器上同时运 行两个或更多的Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＤＯＳ、ＬＩＮＵＸ系统。与“多启动”系统 相比，Ｖ￣ａｒｅ采用了完全不同的概念。多启动系统在一个时 刻只能运行一个系统，在系统切换时需要重新启动机器； Ｖ￣ａ３７ｅ是真正“同时”运行多个操作系统在主系统的平台上， 各系统之间可以像标准Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序那样切换。每个操 作系统都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数 据，甚至可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域 网。 但是纯软件虚拟化解决方案也存在着很多限制。在纯软 件虚拟化解决方案中，“客户”操作系统通常情况下是通过 ｙ删（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ，虚拟机监视器）来与硬件进 行通信，由删来决定其对系统上所有虚拟机的访问。ＶＭＭ在 软件套件中的位置是传统意义上操作系统所处的位置，而操 作系统的位置是传统意义上应用程序所处的位置。这一额外 的通信层需要进行二进制转换，以通过提供到物理资源（如 处理器、内存、存储器、显卡和网卡等）的接口，模拟硬件环 境。这种转换必然会增加系统的开销和复杂性。此外，客户操 作系统的支持受到虚拟机环境的能力限制，这会阻碍特定技 术的部署，如６４位客户操作系统。在纯软件Ｖ删中，目前缺 少对６４位客户操作系统的支持，而随着６４位处理器的不断 普及，这～严重缺点将会日益突出。另外，在纯软件解决方案 中，软件堆栈增加的复杂性意味着这些环境难于管理，因而 会加大确保系统可靠性和安全性的困难。 ２，２虚拟ＣＰＵ的硬件实现方案 ＣＰＵ的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的ＣＰＵ 通过特优化后的指令集来控制虚拟过程。通过这些指令集， Ｖ删可以很容易提高性能。虚拟化技术可提供基于芯片的功 能，借助兼容Ｖ删软件能够改进纯软件的解决方案。由于虚 拟化硬件可提供全新的架构，支持操作系统直接在上面运 行，从而无需进行二进制转换，减少了相关的性能开销，极大 简化了ＶＭＭ设计，进而使Ｖ删能够按通用标准进行编写，性能 更加强大。与纯软件实现技术相比，ＣＰＵ的虚拟化技术除了支 持广泛的传统操作系统之外，还支持６４位客户操作系统。 ３ 虚拟存储器 由于常规存储管理方式存在着一次性和驻留性的特点， 导致系统对内存容量的要求越来越高。为了解决主存容量不 足、应用程序对主存的要求越来越大的问题，便产生了虚拟 存储体系。虚拟存储体系是基于程序执行的局部性规律。 所谓虚拟存储器，是指具有请求调入功能和置换功能， 能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统。其逻辑容 量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内 存速度，而每位的成本又接近于外存［１］。虚拟存储器具有多 次性、对换行和虚拟性的特征。 在虚拟存储系统中，基本信息传送和请求单位可采用 页、段和段页等几种不同的方式，这样实现虚拟存储器的方 式就有对应的请求分页、请求分段和段页式存储管理方法。 目前所有虚拟存储器都是采用这三种方法之一实现的。 ３．１请求分页系统 请求分页系统是在基本分页系统的基础上增加了请求调 页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储器系统。在程 序运行之前，只需调入若干个页面（而非所有的页），便启动 运行。在程序运行过程中，当访问的页不在内存中时，可请求 ０ｓ将所缺的页调入内存。如果内存已满，则需要根据相应的 调度算法将暂时不运行的页调出内存。置换时以页面为单 位。为了能实现请求调页和置换功能，系统必须提供必要的 硬件支持和相应的软件。 主要的硬件支持有：请求分页的页表机制，在纯分页的 基础的页表机制上增加若干项形成的，作为请求分页的数据 结构：缺页中断机制，即每当用户程序要访问的页面尚未调 一
第10期2023年5月无线互联科技WirelessInternetTechnologyNo.10May,2023
作者简介:杨洪涛(1975—),男,陕西西安人,高级工程师,硕士;研究方向:计算机网络技术,大数据技术。VMware虚拟机“仅主机模式”在网络设计中的
部署及应用
杨洪涛
(西安思源学院理工学院,陕西西安710038)
摘要:目前各种虚拟化技术在IT行业内迅速发展成熟,尤其是虚拟服务器技术最为显著。虚拟服务器(简称“虚拟机”)技术已演化为一种有效的网络辅助设计工具,广泛应用于计算机网络规划设计和测
试活动。借助虚拟机来搭建网络测试平台和实验环境,已成为设计人员必然的选择。文章仅以VMware虚拟机的“仅主机模式”为例,结合工程案例解析了VMware虚拟机在具体网络项目中的部署
和实现方法,希望能对IT开发人员或网络设计者提供借鉴和帮助。关键词:虚拟机;VMware虚拟机;仅主机模式;NAT
中图分类号:TP302 文献标志码:A
0 引言 虚拟机(VirtualMachine)是通过软件模拟的完整
计算机系统,是在一种类型的计算机硬件及操作系统
平台上,模拟出另外一种计算机硬件及操作系统平台
的虚拟化技术。虚拟的“计算机”和真正的计算机一
样,也包括CPU、内存、硬盘等硬件。实验证明在物理
计算机上完成的各种任务在虚拟机中都能实现,如安
装操作系统及软件,甚至提供网络服务等。同时,虚
拟机虚拟出的多台计算机,相互独立,互不干扰,其诸
多优势给网络设计和部署提供了有力的支持。1 威睿工作站简介 威睿工作站(VMwareWorkstation)是一款功能强
大的虚拟计算机软件,它在虚拟化市场的占有率约为56%,已成为虚拟机软件领域的代表。VMware虚拟
机能帮助用户在单一操作系统平台上同时运行不同
的操作系统,搭建各种测试平台和部署服务器角色。
尤其对网络设计人员而言,VMware在虚拟网络、实时
快照、文件共享、PXE启动等方面的特别支持,已使VMware成为业内设计师的必选软件[1]。文章以
虚拟机的作用
虚拟机软件可以在一台电脑上模拟出来若干台PC，每台PC可以运行单独的操作系统而互不干扰，可以实现一台电脑“同时”运行几个操作系统，还可以将这几个操作系统连成一个网络。
为什么要用虚拟机
1. 演示环境，可以安装各种演示环境，便于做各种例子；
2. 保证主机的快速运行，减少不必要的垃圾安装程序，偶尔使用的程序，或者测试用的程序在虚拟机上运行；
3.
避免每次重新安装，银行等常用工具，不经常使用，而且要求保密比较好的，单独在一个环境下面运行；
4. 想测试一下不熟悉的应用，在虚拟机中随便安装和彻底删除；
5. 体验不同版本的操作系统，如Linux、Mac等。
终端虚拟化由于其带来的维护费用的大幅降低而受到追捧——如能降低占用空间，降低购买软硬件设备的成本，节省能源和更低的维护成本。它比实际存在的终端设备更加具备性价比优势。
但这些并非是教育行业和厂商对虚拟化技术情有独钟的惟一原因。另一方面，我们一般较少提及，那就是：虚拟化技术能大幅提升系统的安全性。
以上这些是百度百科给的答案
什么是虚拟机?
专业术语是这样定义的：虚拟机(英文全称：Virtual Machine)是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，目前流行的虚拟机软件有VMware(VMWare ACE)、Virtual Box和Virtual PC，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机，每个虚拟计算机可以独立运行，可以安装各种软件与应用等。
什么是虚拟机
通俗的说，虚拟机是将一台计算机虚拟化实现一台计算机具备多台计算机的功能，但整机性能也会被各个虚拟机所分配划分，因此划分虚拟机越多，各个虚拟机所分配的CPU、内存、存储空间资源也越少，因此组建虚拟机通常是配置越高越好，因此广泛使用于服务器等行业。
虚拟机有什么用?
虚拟机在现实中的作用还是相当大的，比如最简单我们电脑中没有光驱，如果要安装系统我们就可以使用虚拟机来安装系统，虚拟机内部拥有虚拟光驱，支持直接打开系统镜像文件安装系统，另外虚拟机技术在游戏爱好者朋友眼中也相当实用，比如我们知道一般一台电脑很多游戏不支持同时多开，但我们可以在电脑中多创建几个虚拟机，那么在虚拟机系统中即可单独再运行程序了，这样即可实现一台电脑同时多开同一游戏了。另外虚拟机的作用还有很多，这里就不一一介绍了。
